СПОСОБ НАРУЖНОГО ОСВЕЩЕНИЯ, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА И СВЕТОДИОДНЫЙ МОДУЛЬ ДЛЯ ЭТОГО УСТРОЙСТВА
METHOD OF EXTERNAL ILLUMINATION, DEVICE FOR EXTERNAL ILLUMINATION AND PHOTO CELL MODULE TO THIS END

Изобретение относится к светотехнике, а именно к устройствам для освещения дорожного покрытия площадей, улиц и дорог, в частности, имеющих движение транспортных средств.
Способ освещения дорожного покрытия и светильники наружного освещения указанного назначения должны обеспечивать достижение определенных светотехнических параметров, в частности удовлетворять требованиям по средней яркости дорожных покрытий, неравномерности распределения яркости или горизонтальной освещенности по дорожному покрытию, характеризующейся кривой силы света (КСС) и показателю ослепленности.
Известен способ освещения улиц с двухсторонним движением транспортных средств, включающий создание газоразрядной лампой неравномерно распределенного светового потока, формирование требуемого светового пространственного распределения при помощи оптических отражательных элементов (патент РФ №2076264, МКИ 6 F21M 1/00, опубл. 27.03.1997). В этом же патенте описан светильник, работающий по этому способу, содержащий источник света в виде газоразрядной лампы, и боковые оптические отражательные элементы, один из которых установлен с разворотом к продольной оси источника света.
Недостатком известного решения является использование газоразрядной лампы, кроме недостатков экологического свойства, имеющей относительно небольшой срок службы и соответствующие эксплуатационные затраты. Кроме того, газоразрядная лампа излучает в угловой размер 360°, который системой рефлекторов приходится преобразовывать в поток излучения с угловым размером до 150°, что снижает эффективность использования светового потока источника света. Этот недостаток также находит отражение в конструкции известного светильника. Кроме этого, для освещения дорог определенного типа необходима разработка светильника соответствующего типоразмера.
Известен светильник наружного освещения, содержащий светодиоды, собранные на плате в виде двух отдельных секций, установленных под углом друг к другу. Секции размещены в корпусе, причем каждая из них снабжена радиатором охлаждения (патент РФ №2313199, опубл. 20.12.2007, МПК F21S 4/00).
Известное решение представляет собой специальную конструкцию. Использование известного решения для различных условий эксплуатации требует создания устройств соответствующего типоразмера. Открытые для наблюдателя светодиодные секции оказывают слепящее действие на водителей транспортных средств. Кроме того, каждый светодиод, излучающий в широкий телесный угол, создает на освещаемой поверхности дороги световые пятна. Совокупность этих световых пятен создает неравномерность освещенности поверхности дороги, образующуюся в результате частичного наложения световых пятен друг на друга или образования зон с пониженной освещенностью при непересекающихся световых пятнах.
Известен уличный светильник, имеющий корпус и размещенный внутри него источник светового излучения в виде пары светодиодных матриц, призмообразный радиатор, на смежных гранях которого закреплены под углом 60 градусов друг к другу светодиодные матрицы, наборный рефлектор для отражения большей части светового потока, создаваемого светодиодами, выполненный в виде рефлексирующих плоскостей (заявка WO 2008EP59669, МКИ F21S 8/00, опубл. 29.01.2009).
Недостатками известного решения являются: неэффективность использования создаваемого светодиодами излучения, поскольку для освещения поверхности дороги фактически используется только отраженный от рефлектора световой поток; жесткая фиксация светодиодных матриц относительно друг друга, которая требует изменения конструкции узла излучения в зависимости от назначения, высоты подвеса светильника, условий его эксплуатации; высокая материалоемкость, обусловленная наличием габаритного корпуса.
Решение по заявке WO 2008EP59669 совпадает с заявленным решением по большинству существенных признаков и выбрано в качестве прототипа.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности использования излучения источников света, повышение равномерности и уровня освещенности дорог. Другим техническим результатом является уменьшение материалоемкости и универсальность конструкции.
Способ наружного освещения характеризуется следующей совокупностью признаков.
Способ наружного освещения, включающий создание светового потока источником излучения, повышение интенсивности и изменение геометрической формы светового пучка, посредством полого световода, который выполняют в виде усеченной пирамидообразной фигуры, при этом источник светового излучения размещают у меньшего основания упомянутого полого световода.
Сущность устройства для осуществления способа характеризуется следующей совокупностью признаков.
Устройство для осуществления способа наружного освещения, содержащее N светодиодных модулей, где N - целое натуральное число, каждый из светодиодов которого снабжен полым световодом, выполненным с возможностью формирования светового пятна, контур которого образует n-угольник, где значение n выбрано равным, по меньшей мере, четырем, причем каждый полый световод выполнен в виде усеченной пирамидообразной фигуры, а соответствующий светодиод размещен в меньшем основании упомянутого полого световода, причем направление светового излучения первого из светодиодных модулей образует с направлением светового излучения второго светодиодного модуля угол, величина которого выбрана из выражения:
0°≤Y<120°,
где Y - угол между направлением светового излучения первого светодиодного модуля и направлением светового излучения второго светодиодного модуля, град.
Дополнительным признаком, уточняющим и оптимизирующим конструкцию устройства для осуществления способа наружного освещения, является использование светодиодных модулей, имеющих разную яркость излучения.
Сущность светодиодного модуля для светильника наружного освещения характеризуется следующей совокупностью признаков.
Светодиодный модуль для устройства наружного освещения, содержащий корпус, снабженный радиатором, кластер светоизлучающих диодов, каждый из которых снабжен полым световодом, выполненным с возможностью создания светового пятна, контур которого образует n-угольник, где значение n выбрано равным, по меньшей мере, четырем, причем каждый полый световод выполнен в виде усеченной пирамидообразной фигуры, а соответствующий светодиод размещен в меньшем основании упомянутого полого световода с возможностью создания на выходе полого световода потока светового излучения, угловой размер которого выбран из выражения:
85≤α≤60,
где α - угловой размер светового пучка, создаваемого полым световодом, град.
Дополнительными признаками, уточняющими и оптимизирующими конструкцию светодиодного модуля, являются следующие:
светодиодный модуль, отличающийся тем, что кластер светоизлучающих диодов выполнен линейным;
светодиодный модуль, отличающийся тем, что полый световод выполнен в виде прямой равносторонней усеченной четырехгранной или шестигранной пирамиды;
светодиодный модуль, отличающийся тем, что большее основание усеченной прямой равносторонней четырехгранной пирамиды выполнено в виде квадрата со стороной, равной 42 мм, и угловым размером α светового излучения, выбранным равным 72 угловым градусам;
светодиодный модуль, отличающийся тем, что полый световод выполнен в виде пирамидообразной фигуры с меньшим основанием в виде круга и большим основанием в виде прямоугольника.
Изобретение характеризуется графическими материалами:
на фиг.1 показана схема освещения фрагмента дорожного покрытия восьмиполосной дороги, создаваемого двумя парами осветительных опор, снабженных светильником для осуществления способа;
на фиг.2 показано поперечное сечение восьмиполосной дороги, изображенной на фиг.1;
на фиг.3 показан вид сверху варианта размещения устройства наружного освещения на опоре, содержащего два светодиодных модуля;
на фиг.4 вид спереди варианта, показанного на фиг.3;
на фиг.5 показаны направления распространения светового потока комбинацией из трех светодиодных модулей;
на фиг.6 показано осевое сечение светодиодного модуля;
на фиг.7 показана изометрия полого световода в виде прямой равносторонней усеченной четырехгранной пирамиды;
на фиг.8 показана изометрия полого световода в виде прямой равносторонней усеченной шестигранной пирамиды:
на фиг.9 показана изометрия полого световода в виде полой пирамидообразной фигуры с меньшим основание в виде круга и большим основанием в виде прямоугольника;
на фиг.10 изображены схема расположения светодиода и ход лучей в полом световоде, выполненном в виде усеченной прямой равносторонней четырехгранной пирамиды.
Устройство 1 для осуществления способа наружного освещения (см. фиг.3) содержит два светодиодных модуля 3, размещенных на опоре 2 системы уличного освещения. Каждый из модулей 3 создает свою зону освещенности - 3a и 3b.
Граничные значения величины угла y обусловлены необходимостью обеспечения нормируемой освещенности дорожного покрытия и зависят от высоты подвеса светодиодных модулей, а также расстоянием между опорами системы освещения дороги.
На фиг.4 светодиодные модули 3 закреплены на опоре 2 так, что оси оптического максимума их излучения образуют между собой угол Y, обеспечивающий создание нормированного уровня освещенности дорожного покрытия.
Светодиодный модуль (см. фиг.6) содержит корпус 4, радиатор 5, кластер 6 светодиодов 7 и полый световод 8, выполненный в виде усеченной пирамидообразной фигуры.
Для указанных целей предпочтительно использование светоизлучающих диодов (СИД), создающих распределение светового потока с углом излучения до 160 угловых градусов.
Форма полого световода выбрана из условия необходимости преобразования осесимметричного конусообразного светового потока СИД в пирамидообразный световой пучок на выходе из полого световода. Это позволяет получить более высокую равномерность распределения яркости по сечению светового пучка и, как следствие, добиться равномерной освещенности по поверхности дорожного покрытия, за счет совпадения контуров элементарных отображений световых пучков, сформированных каждым из полых световодов.
Расположение СИД в основании полого световода сводит к минимуму возможность ослепления водителя транспортного средства. В тех случаях, когда световое излучение светодиодного модуля направлено на максимально удаленную от опоры область дорожного покрытия, для ограничения слепящего светового потока на его пути устанавливается либо дополнительный световой экран 9, либо одна из сторон полого световода, обращенная в наблюдателю, делается более высокой, чем другие стороны упомянутого световода.
Выбор граничных значений углового размера α светового излучения полого световода обусловлен следующим: при значении α менее 60 угловых градусов уровень освещенности увеличивается, но при этом уменьшается площадь освещаемой поверхности и возникает потребность в увеличении количества используемых светоизлучающих диодов на единицу освещаемой площади; при значении α более 85 угловых градусов требуемая равномерность освещения может быть достигнута только за счет увеличения мощности светодиодов или увеличения их количества в светодиодном модуле.
Устройство для осуществления способа наружного освещения, составленное тремя светодиодными модулями, работает следующим образом.
Световое излучение(см. фиг.5), создаваемое каждым светодиодом 7 кластера 6, отражаясь от стенок соответствующего полого световода 8, формируется в пирамидообразный световой пучок с углом α° излучения. Каждый из световых пучков создает на поверхности дорожного покрытия элементарное отображение в виде n-угольника. Элементарные отображения световых пучков, сформированные соседними полыми световодами 8, группируются на поверхности дорожного покрытия по границам соседних пятен (зоны 3a, 3b, 3c), создавая единую освещенную поверхность с высокой степенью равномерности. По мере удаления от источников излучения упомянутые n-угольные отображения световых пучков в соответствии с проекционными законами искажаются в равной степени, сохраняя при этом достаточную степень сопряженности на поверхности дорожного покрытия.
Для достижения равномерного освещения большого участка дороги с получением заявленного технического результата возможно использование трех и более светодиодных модулей путем их размещения на каждой опоре системы наружного освещения и ориентации светового излучения в требуемом направлении.
Методами математического моделирования было подтверждено достижение заявленного технического результата на всех категориях дорог. Экспериментальная проверка способа наружного освещения, реализованного в опытном образце светильника, в состав которого были включены два светодиодных модуля с 14 и 7 светодиодами, закрепленного на высоте 12 м, под углом 15° к плоскости дороги, подтвердила достижение заявленных технических результатов изобретения и обеспечение всех нормируемых светотехнических параметров.