Осветительное устройство
LIGHTING DEVICE

Предложенное устройство относится к области светотехники и предназначено для использования в качестве осветительного прибора в офисных торговых, спортивных, производственных и других, например, бытовых помещениях.
Для иллюстрации известного уровня разработок в этой области можно указать объекты, защищенные патентами №№2240470, 24099162, 473007, 2502013, 2506492 и 2509952 на изобретения, а также информацию, отраженную в монографии «Справочная книга по светотехнике» под редакцией Ю.Б. Айзенберга (195 г., М., изд. «Энергоатомиздат»). Недостатками известных устройств являются, в частности, недостаточная для многих практических случае использования равномерность интенсивности светового потока в пространстве в диапазоне поверхностей его наблюдения и ограниченные возможности управления световым потоком.
Наиболее близким аналогом (прототипом) заявленному техническому решению по сходности существенных признаков является изделие, защищенное патентом №2623506, в конструктивном отношении которое сформировано из отдельных светильников-модулей, жестко скрепленных между собой стыковочными узлами. Данное осветительное устройство содержит несущую поверхность с установленными на ней источниками излучения в виде светодиодов и совокупность отражающих поверхностей, исключающую прямое наблюдение источников излучения, формирующих создаваемые ими индикатрисы излучения, отражения и итоговую индикатрису суммарного светового потока.
Решаемая изделием задача заключается в совершенствовании известных устройств для устранения указанных их недостатков с достижением технического результата в отношении повышения равномерности интенсивности светового потока в пространстве в диапазоне поверхностей его наблюдения.
Указанный технический результат обеспечивается с помощью предложенного осветительного устройства, схематически отраженного на следующих фигурах чертежей.
Фиг. 1 - Изображение поперечного сечения осветительного устройства.
Фиг. 2 - Вид сверху на осветительное устройство с несущей поверхностью в виде четырехгранной пирамиды.
Фиг. 3 - Схематическое изображение светодиода с углом его наклона к вертикали.
Фиг. 4 - Схематическое изображение сечения осветительного устройства с дополнительными отражающими поверхностями.
На фиг. 1-4 - цифрами обозначено:
1 - несущая поверхность устройства, выполненная в виде многогранной пирамиды,
2 - источники излучения (светодиоды),
3 - поверхность наблюдения индикатрисы суммарного излучения в ее поперечном сечении светового потока всех светодиодов,
4 - отражающие участки несущей поверхности,
5 - основная отражающая поверхность,
6 - схематическое изображение малого основания усеченной пирамиды,
7 - рабочая поверхность кремниевой пластины,
8 - центр массы кремниевой пластины,
9 - кремниевая пластина светодиода,
10 - линия, лежащая на рабочей поверхности кремниевой пластины 9 и проходящая через вертикаль,
11 - точка максимального удаления от горизонтального участка 12 основной отражающей поверхности 5,
12 - горизонтальный участок 12 отражающей поверхности 5,
13 - пунктирная линия, проходящая через центр 8 массы светодиода 2 и параллельная горизонтальному участку 12,
14 - совокупность дополнительных отражающих поверхностей устройства S3, S4 и S5,
15 - пунктиром обозначенная плоскость, параллельная горизонтальному участку 12 основной 5 отражающей поверхности и проходящая через максимально удаленную от нее точку 11 основной отражающей поверхности,
16 - итоговая индикатриса суммарного светового потока источников излучения и всех отражающих поверхностей,
17 - поверхность наблюдения, иллюстрирующая достижение указанного технического результата.
Перечень буквенных обозначений в формуле изобретения и на фигурах чертежей.
n1 - количество источников излучения,
S1 - суммарная площадь отражающих участков 4 несущей поверхности,
S2 - площадь всей несущей поверхности,
n2 - число граней многогранной пирамиды,
n3 максимально возможное число граней пирамиды,
α1 - минимальная из величин угла у каждой из вершин граней пирамиды,
α2 - максимально возможная величина углов у вершин граней пирамиды,
β - угол наклона грани пирамиды к вертикали светодиода (на фиг. 1) и соответственно угол наклона светодиода (на фиг. 3),
γ - угол индикатрисы излучения в ее поперечном сечении итогового сформированного светового потока суммарных его интенсивностей,
L1 - минимальный размер основной отражающей поверхности 5,
L2 - максимальный размер основной отражающей поверхности 5,
L3 - расстояние от плоскости, проходящей через горизонтальный участок 12 основной отражающей поверхности 5 до параллельной ей плоскости, проходящей через центр массы 8 кремниевой пластины,
L4 - расстояние от плоскости, проходящей через горизонтальный участок 12 основной 5 отражающей поверхности до параллельной ей плоскости, проходящей через максимально удаленную от нее точку 11 основной отражающей поверхности 5,
S3, S4, S5, S6 и S7 - соответственно площади дополнительных отражающих поверхностей,
S - общая сумма площади всех пяти дополнительных отражающих поверхностей,
При детальном описании осветительного устройства (Фиг. 1-4) нецелесообразно останавливаться на известных из опубликованных источников его конструктивных узлах и элементах, а следует более подробно охарактеризовать только следующие в основном отличительные его конструктивные и другие существенные особенности. Для достижения указанного технического результата предложено осветительное устройство, содержащее несущую 1 поверхность (Фиг. 1,2,4) с установленными на ней источниками 2 излучения в виде светодиодов и совокупность отражающих поверхностей, исключающую прямое наблюдение источников излучения, формирующих создаваемые ими индикатрисы излучения отражения и итоговую индикатрису 16 суммарного светового потока.
Индикатриса излучения (отражения) - кривая, графически отображающая интенсивность светового потока в диапазоне углов его наблюдения, а также в диапазоне поверхностей его наблюдения. Угол индикатрисы или диапазон углов наблюдений светового потока индикатрисы определяется границами, на которых интенсивность светового потока падает до 10% от его максимального значения, или которые охватывают 90% излучения. Поверхность наблюдения - это совокупность близлежащих точек наблюдения светового потока, в которых разность величин светового потока является минимальной. Также индикатрису часто называют диаграммой направленности светового потока.
2
Отличается устройство от известных тем, что несущая поверхность 1 выполнена в виде многогранной пирамиды, на гранях которой установлены источники излучения 2 в количестве n1, выбранных в пределах 1≤n1≤10, формирующие индикатрису излучения 3 (Фиг. 2) в ее поперечном сечении светового потока всех светодиодов, совместно с отражающими участками 4 несущей поверхности. При этом на одной грани пирамиды несущей поверхности 1 может быть от одного до 10 светодиодов. Суммарная площадь S1 отражающих участков 4 выбрана по отношению к площади S2 всей несущей поверхности 1 в пределах 1≤(S1+S2) / S2≤1,7. Многогранная пирамида во многих практических случаях может быть изготовлена усеченной и/или составлена из тонких граней с выполнением их разомкнутыми.
Многогранная пирамида выполнена с числом граней n2, выбранных по отношению к количеству n3 максимально возможного числа граней в пределах 1,003≤(n2+n3) / n3≤2. При этом минимальная величина угла α1 у каждой из вершин граней по отношению к максимально возможной величине α2 углов у других вершин граней пирамиды выбрана в пределах 1,01≤(α1+α2) / α2≤1,8. Угол β наклона светодиода, совпадающий с углом наклона граней пирамиды по отношению к нижнему ее основанию, выбран в пределах от 10° до 70°. Угол β наклона светодиода - это угол между вертикалью 6 (Фиг. 3), проходящей через центр масс 8 светодиода 2 и линией 10, лежащей на рабочей поверхности 7 кремниевой пластины 9 и проходящей через вертикаль 6.
Совокупность отражающих поверхностей устройства составлена из основной отражающей поверхности 5 и дополнительных отражающих поверхностей 14. Основная отражающая поверхность 5 выполнена охватывающей несущую поверхность 1 при соотношении ее минимального L1 и максимального размеров L2, взаимосвязанных соотношением 0,56≤(L1+L2)≤1,8, а также охарактеризована размерами L3 и L4, выбранными в пределах 1,7≤(L3+L4) / L4≤2. Здесь L3 - расстояние от плоскости, проходящей через горизонтальный участок 12 основной отражающей поверхности 5 до параллельной ей плоскости 13, проходящей через центр 8 массы кремниевой пластины, а L4 - расстояние от плоскости, проходящей через горизонтальный участок 12 основной 5 отражающей поверхности до параллельной ей плоскости 15, проходящей через максимально удаленную от нее точку 11 основной отражающей 5 поверхности.
Количество дополнительных отражающих поверхностей выбрано, не превышающим пять, с величинами их площадей S3, S4, S5, S6 и S7, выбранном из соотношения 1≤(S3+S4+S5+S6+S7+S) / S≤2, где S - общая сумма площади всех пяти дополнительных отражающих поверхностей. Целесообразно обратить внимание, что несущая 1 поверхность, основная отражающей поверхность 5 и дополнительные отражающие поверхности 14 могут быть как соединены друг с другом, так разнесены в пространстве. Осветительное устройство может быть защищено прозрачной поверхностью для предохранения, например от пыли и других нежелательных внешний воздействий. При этом угол γ индикатрисы 16 излучения в ее поперечном сечении итогового сформированного светового потока суммарных его интенсивностей, как интенсивности светового потока от источников 2 излучения, так и от диффузного рассеяния отражающих участков несущей поверхности 1, отраженного поверхностью 5 светового потока и от совокупности дополнительных 14 отражающих поверхностей, выбран в пределах от 30° до 150°.
Диффузное отражение - это такое отражение луча света, исходящего от источника, при котором падающий луч отражается под несколькими углами, а не под одним, как в случае с зеркальным отражением. Так как диффузное отражение существенности зависит от шероховатости отражающей 3 поверхности целесообразно отметить, что ГОСТ 9378-75 устанавливает образцы шероховатости. На каждом образце указаны значения параметра Ra (мкм) и вид обработки образца (точение, фрезерование, строгание и др.) Для количественной оценки и нормирования шероховатости поверхностей ГОСТ 2789-73 устанавливает шесть параметров: три высотных (Ra, Rz, Rmax), два шаговых (S, Sm) и параметр относительной опорной длины профиля (t р), где. Ra - среднее арифметическое отклонение профиля; Rz -высота неровностей по десяти точкам; Rmax - наибольшая высота профиля; Sm - средний шаг неровностей профиля; S - средний шаг местных выступов профиля; tp - относительная опорная длина профиля, р - уровень сечения профиля. Параметры шероховатости (один или несколько) выбираются из приведенной номенклатуры: Ra - среднеарифметическое отклонение профиля; Rz - наибольшая высота профиля; - полная высота профиля; Sm - средний шаг неровностей; S - средний шаг местных выступов профиля; - относительная опорная длина профиля, где - значение уровня сечения профиля. С учетом практической важности указанных параметров в числе отличительных особенностей заявленного устройства указано то, что угол у индикатрисы в отношении диффузного рассеяния совокупностью его отражающих поверхностей падающего на них излучения корректируют в диапазоне его выбираемых значений с помощью экспериментального коэффициента ρ, величину которого в зависимости от величины ее шероховатости выбирают в пределах 0,6≤ρ≤1,1. В качестве наиболее подходящего для количественной оценки величины экспериментального коэффициента ρ является параметр Rmax - наибольшая высота профиля.
Как уже отмечалось, достигаемый технический результат от использования осветительного устройства заключается в повышении равномерности интенсивности светового потока в пространстве в диапазоне поверхностей его наблюдения, что позволяет получить не превышающую 1-2% неравномерность интенсивности освещенности в любой пространственной поверхности, освещаемой индикатрисой γ итогового сформированного светового потока суммарных его интенсивностей, как, в частности, отображено на поверхности 17 наблюдения (см. Фиг. 4). Из вышеизложенного очевидно, что описанное конструктивное выполнение заявленного устройства предопределяет целенаправленное достижение указанного технического результата только при использовании взаимосвязанной и неразрывной совокупности всех существенных признаков указанных в формуле изобретения.
Конструкция устройства, что следует из его описания, обеспечивает возможность его серийного изготовления и применения при этом распространенных материалов и технологий их обработки, так как изделие, в частности, не критично к точности изготовления деталей. Промышленная применимость заявленного решения доказывается возможностью его многократного воспроизведения в процессе производственного изготовления. При этом заявленное осветительное устройство обладает новизной, так как взаимосвязанная совокупность его существенных признаков не известна из общедоступных сведений, и в связи с оригинальностью его конструктивного выполнения, которая для специалиста явным образом не следует из уровня техники, устройство соответствует условию изобретательский уровень.
В числе других достоинств описанного осветительного устройства целесообразно отметить возможность достижения очень высоких уровней освещенности, а также использования в оздоровительных целях, так как свет необходим человеку для нормального существования и влияет практически на все стороны его жизни, состояние психики и физиологию. При использовании заявленного изобретения можно получать уровни освещенности существенно выше, чем у известных устройств, достигая уровней выше 2000 лк. В результате в помещении комфортно находиться и существенно возрастает работоспособность при унижении утомляемости. В том числе указанные результаты были достигнуты и при освещенности свыше 5000 лк, которые являются лечебными при ряде психоневрологических заболеваний, например, депрессий.