ОСВЕЩАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
LIGHTING DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к освещающему устройству для освещения поверхности с по меньшей мере одним осветительным элементом и освещающим телом, в котором осветительный элемент испускает искусственный свет, элемент корпуса содержит осветительный элемент и поддерживает освещающее тело, освещающее тело содержит прозрачный светопроводящий материал и преимущественно перекрывает освещаемую поверхность.
Уровень техники
В US 6,951,403 В2 описано устройство для освещения преимущественно плоской поверхности, которое содержит источник света с питанием от батареи, содержащийся в корпусе, в котором установлено прозрачное светопроводящее освещающее тело. Устройство может размещаться с освещающим телом над книгой или другими плоскими поверхностями для освещаемого обзора посредством прозрачного освещающего тела. Освещающее тело сужается в виде клина для отклонения пропускаемого света на расположенную ниже поверхность. К сожалению, описанное устройство является менее удобным для чтения книг, которые обычно имеют криволинейную поверхность для чтения. Соотношение криволинейной поверхности для чтения с конусообразным освещающим телом приводит к деформированному изображению освещаемой страницы. Кроме того, устройство является относительно толстым клинообразным световодом, в котором толщина приводит к относительно большому весу, а это уменьшает удобство использования. Это также приводит к относительно высокой механической жесткости, сильно затрудняющей сгибание устройства над криволинейной поверхностью для чтения.
Кроме того, известны увеличивающие линзы, которые могут прикрепляться к вышеописанным освещающим устройствам. К сожалению, такие увеличивающие элементы обладают относительно малым увеличением. Другим вариантом оптического увеличения поверхности является использование стержневой увеличивающей линзы. Данной стержневой увеличительной линзой часто является акриловое тело, имеющее криволинейную верхнюю поверхность и таким образом оптически увеличивающее поверхность, на которой лежит стержневая увеличивающая линза. Недостатками такой стержневой увеличивающей линзы являются ее вес и искажение изображения.
Сущность изобретения
Таким образом, целью изобретения является устранение вышеупомянутых недостатков. В частности, целью изобретения является создание эффективного и дешевого освещающего устройства, которое при малой общей толщине сочетает в себе эффективное увеличение для удобного чтения.
Данная цель достигается посредством освещающего устройства для освещения поверхности, содержащего, по меньшей мере, один осветительный элемент и освещающее тело, в котором осветительный элемент испускает искусственный свет, элемент корпуса содержит осветительный элемент и поддерживает освещающее тело, освещающее тело содержит прозрачный светопроводящий материал, пригодный для освещения расположенной ниже поверхности, отличающегося тем, что освещающее тело содержит поверхностный шаблон, образующий линзу Френеля, для оптического увеличения поверхности. Предпочтительные варианты осуществления освещающего устройства для освещения поверхности охарактеризованы в зависимых пунктах формулы изобретения.
В пределах объема изобретения раскрыты осветительный элемент и освещающее тело, причем осветительный элемент содержит линзу Френеля. Посредством разбиения линзы на множество преломляющих средств линзы Френеля обеспечивают сильное увеличение при уменьшенном количестве необходимого материала по сравнению с обычными сферическими линзами. Поскольку каждое преломляющее средство само по себе образует сферическую линзу, сочетание всех преломляющих средств создает увеличивающую линзу с большой площадью, которая имеет малую толщину. Поскольку непрерывная поверхность стандартной линзы фактически разбита на множество поверхностей, имеющих одинаковую или различную кривизну, общая толщина линзы уменьшается, обеспечивая существенное уменьшение толщины линзы. Данные преломляющие средства могут содержать прямолинейные или криволинейные профили с постоянным или произвольным интервалом и могут даже отличаться по размеру от микронов до миллиметров. Компоновка преломляющего средства и, следовательно, конфигурация поверхностного шаблона может быть круглой, линейной или может иметь неравномерный рисунок.
Кроме того, преломляющие средства могут иметь поперечное сечение, которое соответствует ряду небольших треугольников, трапеций или параллелограммов. Преломляющие средства могут иметь однородную компоновку на всем протяжении поверхности освещающего тела. В другом предпочтительном варианте осуществления компоновка преломляющих средств может изменяться вдоль основной оси освещающего тела.
В другом предпочтительном варианте осуществления каждое преломляющее средство имеет пилообразное поперечное сечение. Для обеспечения требуемого увеличения каждое преломляющее средство содержит скошенную поверхность и рельефную поверхность. Скошенная поверхность проходит под наклоном вверх, когда расстояние до оптической оси уменьшается. Последующая рельефная поверхность резко опускается к основанию поверхностного шаблона. Таким образом, образуется пилообразная структура, имеющая треугольную форму. Угол между основанием поверхностного шаблона и скошенной поверхностью может находиться в пределах от 0° до 30°, а при линзах большего диаметра он может даже достигать 40° и даже 50°. Шаг пилообразной структуры может находиться в пределах от 1 мм от 10 мкм, более предпочтительно, от 200 мкм до 50 мкм, становясь невидимым для глаза человека.
Раскрытое освещающее устройство обладает способностью освещать и оптически увеличивать поверхность. При использовании в качестве лампы для чтения и увеличения освещающее тело освещающего устройства преимущественно перекрывает освещаемую поверхность, при этом линза Френеля оптически увеличивает поверхность. Поэтому в другом предпочтительном варианте осуществления поверхностный шаблон размещается на одной из поверхностей освещающего тела. Предпочтительно, поверхностный шаблон перекрывает верхнюю или нижнюю поверхность освещающего тела. Если, к примеру, пользователь хочет почитать книгу, то освещающее тело должно удерживаться над страницами так, чтобы текст можно было оптически увеличить. Поскольку увеличение зависит от расстояния между объектом, например текстом, и линзой и фокусного расстояния линзы, освещающее тело должно удерживаться над объектом на расстоянии, находящемся в пределах от 10 мм до 100 мм, для обеспечения увеличения в пределах от 1,15 до 8, если фокусное расстояние линзы находится в пределах от 50 мм до 300 мм. В другом предпочтительном варианте осуществления освещающее тело и поверхностный шаблон выполнены как одно целое.
В другом предпочтительном варианте осуществления поверхностный шаблон выполнен, с одной стороны, для оптического увеличения поверхности, а с другой стороны, для приема и отклонения искусственного света, испускаемого осветительным элементом, на поверхность. Раскрытое освещающее устройство сочетает в себе способность освещения и увеличения поверхности. Если осветительный элемент раскрытого освещающего устройства расположен на одной из боковых поверхностей освещающего тела, он вводит искусственный свет в освещающее тело. Канавки, которые образуют поверхностный шаблон, действуют как световыводящий элемент. Искусственный свет собирается в освещающем теле и выходит из него через рельефную поверхность поверхностного шаблона. Таким образом, обеспечивается возможность равномерного освещения поверхности, расположенной под освещающим телом. Данная возможность сочетается с увеличением поверхности.
Если обычный источник света используется для чтения, например, книги, он может мешать другим людям, особенно если при использовании в спальнях. Чтобы избежать нарушения покоя других людей, освещающее устройство, описанное в данном изобретении, может быть использовано в качестве лампы для чтения. Следовательно, важно, чтобы испускаемый искусственный свет освещал только страницу книги, а не окружающую обстановку. Таким образом, осветительный элемент должен быть прикреплен к одной из боковых поверхностей освещающего тела. Свет, вводимый в одну из боковых поверхностей, должен отклоняться таким образом, чтобы максимально возможное количество света выходило через нижнюю сторону освещающего тела, расположенную над листом, например, книги. Следовательно, поверхностный шаблон, который отклоняет искусственный свет, должен быть проницаемым для света, отражаемого поверхностью листа, так чтобы текст, перекрываемый освещающим телом, освещался и мог быть легко видим человеком. Кроме того, поверхностный шаблон может быть проницаемым для окружающего света, попадающего на световыводящий слой.
Как было описано, осветительный элемент может быть размещен на одной из боковых поверхностей освещающего тела. Для обеспечения перехода искусственного света, испускаемого осветительным элементом, в освещающее тело с малым ослаблением, осветительный элемент может быть приклеен к боковой грани освещающего тела. Предпочтительно, используемый клей имеет такой же коэффициент преломления, как и материал освещающего тела. Следовательно, не будет происходить рассеяния, отклонения или ослабления света. В другом предпочтительном варианте осуществления осветительный элемент размещается рядом с боковой гранью освещающего тела, а щель для освещения расположена между осветительным элементом и боковой поверхностью. В данной компоновке часть искусственного света вводится в освещающее тело, при этом другая часть непосредственно освещает поверхность, расположенную под освещающим устройством. Часть света, не вводимого в освещающее тело, а непосредственно освещающего поверхность, определяется размером щели для освещения. Кроме того, для увеличения или уменьшения части искусственного света, непосредственно освещающей поверхность, в осветительном элементе может быть установлена дополнительная линза. Данная линза может фокусировать или рассеивать искусственный свет.
Предпочтительно, осветительным элементом является, по меньшей мере, один из следующих: СИД, ОСИД, лампа накаливания или люминесцентная лампа. В зависимости от типа применения освещающего устройства может использоваться один или множество осветительных элементов. Светоизлучающий диод (СИД) представляет собой полупроводниковое устройство, которое испускает некогерентный свет в узком спектре (обычно порядка 10-20 нм), когда электрически смещается в прямом направлении. Цвет испускаемого света зависит от состава и состояния используемого полупроводникового материала. Кроме того, могут использоваться СИД, покрытые фосфором. В данном случае также фосфор (фосфоры) влияет (влияют) на цвет и спектр испускаемого света. Также применимый органический светоизлучающий диод (ОСИД) является особым типом СИД, в котором испускающий слой содержит тонкую пленку определенных органических компонентов. Преимущество ОСИД заключается в том, что он является однородным источником света большой площади с потенциально низкой стоимостью и высокой эффективностью. Для генерирования света ОСИД используют ток, протекающий через тонкую пленку органического материала. Цвет испускаемого света и эффективность преобразования энергии из тока в свет определяются составом органического тонкопленочного материала.
2
2
В предпочтительном варианте осуществления освещающее тело перекрывает площадь, соответственно имеющую максимальный размер 300 см, предпочтительно меньше, чем 100 см. Если освещающее устройство используется в качестве лампы для чтения, оно должно быть небольшим и легким, чтобы им можно было удобно пользоваться. Как показали исследования зрительного восприятия, освещенный участок размером примерно 1 см × 5 см уже является удобным для чтения. В результате СИД с потребляемой энергией менее 50 мВт, предпочтительно, менее 10 мВт, являются достаточными для обеспечения уровня освещения, предпочтительно, 25-2000 люкс, более предпочтительно, 50-250 люкс и наиболее предпочтительно, более 75 люкс.
В другом предпочтительном варианте осуществления осветительный элемент размещается под освещающим телом. В данной компоновке искусственный свет не вводится в освещающее тело, а непосредственно освещает поверхность. Для фокусирования искусственного света на поверхности в осветительный элемент может быть встроена линза. Данный вариант осуществления обладает преимуществом, которое заключается в отсутствии необходимости выполнения оптически сложных соединений между осветительным элементом и освещающим телом. Кроме того, материал, используемый для поверхностного шаблона, не должен выбираться по его способности принимать и отклонять искусственный свет. Таким образом, получено дешевое и простое освещающее устройство, которое может быть использовано для оптического увеличения и освещения даже больших поверхностей.
В другом предпочтительном варианте осуществления освещающее тело содержит световыводящий слой, выполненный с возможностью приема и отклонения искусственного света из осветительного элемента на поверхность. В данном варианте осуществления способность поверхностного шаблона принимать и отклонять искусственный свет усиливается световыводящим слоем. Предпочтительно, световыводящий слой перекрывает верхнюю сторону освещающего тела, не обращенную к поверхности, а поверхностный шаблон перекрывает нижнюю сторону освещающего тела рядом с освещаемой поверхностью. В данной конфигурации поверхностный шаблон оптически увеличивает поверхность, а световыводящий слой отклоняет искусственный свет, вводимый из одной из боковых поверхностей освещающего тела. Благодаря выделению отдельных задач поверхностный шаблон, а также световыводящий слой могут быть спроектированы оптимально. Для использования освещающего устройства в качестве лампы для чтения световыводящий слой, который отклоняет искусственный свет, должен быть проницаемым для света, отраженного поверхностью листа.
В другом предпочтительном варианте осуществления освещающее тело содержит первый участок и второй участок, причем, по меньшей мере, часть первого участка покрыта поверхностным шаблоном, и, по меньшей мере, часть второго участка покрыта световыводящим слоем. В отличие от вышеописанных вариантов осуществления части освещающего тела, которые покрыты световыводящим слоем и поверхностным шаблоном, являются альтернативными. При использовании в качестве лампы для чтения освещающее тело может содержать внутренний сегмент, которым является первый участок, покрытый поверхностным шаблоном и, следовательно, увеличивающий поверхность, расположенную под освещающим устройством. Данный первый участок может быть окружен вторым участком, используемым для приема и отклонения искусственного света, испускаемого осветительным элементом. Для обеспечения равномерного освещения поверхности структура поверхности световыводящего слоя может отклонять искусственный свет таким образом, что он выходит из освещающего тела под углом, направляясь к центру освещающего тела и, следовательно, освещая поверхность, расположенную под первым участком. Данный вариант осуществления обладает преимуществом, которое заключается в том, что для первого участка могут использоваться другие материалы относительно второго участка.
В другом предпочтительном варианте осуществления на наружном крае освещающего тела размещается множество осветительных элементов. Таким образом, можно получить равномерное освещение освещающего тела и/или поверхности. Искусственный свет, испускаемый каждым из осветительных элементов, может либо прямо испускаться на поверхность, либо вводиться в освещающее тело и после этого отклоняться на поверхность. Данные варианты осуществления обладают преимуществом, которое заключается в том, что благодаря большому количеству используемых осветительных элементов каждый из осветительных элементов может иметь только малую светоотдачу. Соответственно, малыми являются создаваемое тепло и необходимая потребляемая энергия каждого осветительного элемента. Кроме того, благодаря уменьшенному размеру осветительных элементов кромка, несущая освещающее тело и содержащая осветительные элементы, может быть мала. Следовательно, обеспечивается удобное обращение с освещающим устройством.
Цель изобретения также достигается посредством установки для поддержки освещающего устройства в соответствии с описанными вариантами осуществления, причем установка размещает освещающее устройство на расстоянии от поверхности, так что поверхность может наблюдаться увеличенной. Следовательно, установка должна включать в себя установочное средство, с которым соединяется освещающее устройство. Установочным средством может быть соединение типа зажима, обеспечивающее подсоединение и отсоединение освещающего устройства от установочного средства, когда это требуется. Кроме того, установочное средство может содержать элемент расстояния, размещающий освещающее устройство на расстоянии от наблюдаемого объекта, так чтобы обеспечить требуемое увеличение поверхностным шаблоном.
Для модификации освещающего устройства в виде устройства типа фонарика изобретение раскрывает элемент конденсора. Элемент конденсора использует ту часть искусственного света, которая не достигает и/или не направлена на поверхность. Таким образом, элемент конденсора выполнен с возможностью приема или направления, по меньшей мере, части искусственного света, выходящего из освещающего тела. Для достижения данной цели элементом конденсора является оптическая система, которая может быть образована из одной или множеством линз и/или зеркал. Искусственный свет, выходящий из освещающего тела через одну из его наружных поверхностей, может иметь рассеянное распределение. Элемент конденсора способен преобразовать поток искусственного света для получения сфокусированного и/или параллельного пучка. С помощью элемента конденсора раскрытое освещающее устройство может использоваться не только в качестве лампы для чтения, но также и в качестве фонарика.
В зависимости от типа применения элемент конденсора может размещаться на различных наружных поверхностях освещающего тела. Предпочтительно, элемент конденсора расположен на продольной стороне освещающего тела, так что искусственный свет, выходящий из данных продольных сторон, может быть преобразован. Поскольку искусственный свет, выходящий из освещающего тела через нижнюю сторону, может иметь только малый угол отклонения относительно освещающего устройства, возможно также, что элемент конденсора собирает и преобразует части данного света. Таким образом, размер элемента конденсора может быть больше, чем высота освещающего тела.
Для обеспечения преобразования светового потока искусственного света элемент конденсора может содержать поверхностную конструкцию. Поверхностная конструкция может покрывать большие части элемента конденсора, в особенности те части элемента конденсора, которые не находятся в прямом контакте с освещающим телом. Поэтому искусственный свет, выходящий из освещающего тела через продольную сторону, может непосредственно переходить в элемент конденсора. Последний упомянутый элемент может содержать светопроводящий материал, так что искусственный свет направляется без ослабления. Светопроводящий материал элемента конденсора может быть таким же, как материал, используемый для освещающего тела.
Поверхностная конструкция способна фокусировать или формировать искусственный свет в параллельный пучок. Для достижения данной цели поверхностная конструкция может иметь поперечное сечение, которое является пилообразным, проходящее под наклоном вниз, когда расстояние от центра элемента конденсора увеличивается. Каждый элемент поверхностной конструкции может иметь ширину, находящуюся в пределах от 10 мкм до 10 мм, предпочтительно, от 30 мкм до 3 мм, наиболее предпочтительно, от 100 мкм до 1 мм. Угол конструкции между элементом конденсора и проходящей под наклоном вниз стороной поверхностной конструкции может находиться в пределах от 0,1° до 5°, предпочтительно, 0,2° до 3°, наиболее предпочтительно, 0,25° до 2°. Данная поверхностная конструкция может также размещаться таким образом, что она образует линзу Френеля.
В другом предпочтительном варианте осуществления элемент конденсора прикрепляется с возможностью изменения направления к освещающему телу. Это позволяет пользователю применять освещающее устройство для двух различных целей. С одной стороны, освещающее устройство может использоваться в качестве лампы для чтения, освещающей страницу книги. С другой стороны, к освещающему устройству можно прикрепить элемент конденсора для получения устройства типа фонарика, которое может осветить произвольное пятно в окружающем пространстве. Предпочтительно, элемент конденсора содержит средство зажима, причем данное средство зажима действует совместно с другим средством зажима освещающего тела для прикрепления элемента конденсора к освещающему телу. Посредством использования двух упомянутых средств зажима можно легко прикреплять элемент конденсора к освещающему телу. Пользователь может прикреплять и/или отсоединять элемент конденсора без необходимости в инструменте или других элементах.
В другом предпочтительном варианте осуществления элемент конденсора содержит изменяемую линзу. При помощи изменяемой линзы прием и направление, по меньшей мере, части искусственного света могут регулироваться. Таким образом, можно формировать поток искусственного света различными способами. При необходимости можно получить сфокусированное световое пятно, или световой поток может быть расположен параллельно для освещения большего участка. Предпочтительно, изменяемая линза образована при помощи жидкокристаллической (ЖК) структуры.
Для обеспечения равномерного освещения в комбинации независимо от положения освещающего устройства другой вариант осуществления раскрывает, что освещающее устройство содержит, по меньшей мере, первое осветительное средство и второе осветительное средство, причем первое осветительное средство и второе осветительное средство выполнены с возможностью освещения, по меньшей мере, частично, различных участков поверхности. Первое осветительное средство и второе осветительное средство используются для освещения поверхности. Для достижения этой цели они либо направляют искусственный свет, испускаемый осветительным элементом, либо они образуют осветительный элемент и испускают искусственный свет сами. Пользователь, который желает изменить расстояние освещающего устройства от поверхности, может выбирать, какое из двух осветительных средств будет освещать поверхность. Поскольку первое и второе осветительные средства размещаются на изменяемых расстояниях от центра линзы Френеля, они освещают, по меньшей мере, частично, различные участки поверхности. Это имеет преимущество, которое заключается в том, что источники света обеспечивают равномерное распределение света, для различных положений линзы относительно освещаемого объекта. В зависимости от расстояния, на котором пользователь размещает освещающее устройство, пользователь может выбирать между первым и/или вторым осветительным средством.
В предпочтительном варианте осуществления первое осветительное средство и второе осветительное средство размещаются между преломляющими средствами. Хотя освещающее тело содержит прозрачный светопроводящий материал, оно может ослаблять поток искусственного света, испускаемый осветительным элементом. Поэтому целесообразно объединить первое осветительное средство и второе осветительное средство в преломляющем средстве. Для предотвращения ухудшения общего качества изображения первое и/или второе осветительные средства должны иметь очень малый диаметр и должны быть размещены в преломляющем средстве, которое находится на большом расстоянии от фокуса линзы Френеля. Доказано, что диаметры, находящиеся в пределах от 1 мкм до 1 мм, являются предпочтительными.
В другом варианте осуществления первое осветительное средство и второе осветительное средство размещаются в освещающем теле. Данный вариант осуществления обладает преимуществом, которое заключается в том, что требования, касающиеся размеров и расположения первого и второго осветительных средств, являются менее строгими по отношению к варианту осуществления, описанному выше. Таким образом, даже макроскопические первое и второе осветительные средства могут быть встроенными в освещающее тело для освещения различных участков поверхности, в зависимости от удаления освещающего устройства от поверхности.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления первым осветительным средством и/или вторым осветительным средством являются оптические волокна. В данном варианте осуществления оптические волокна используются для передачи искусственного света, испускаемого расположенным на расстоянии осветительным элементом. Поскольку оптические волокна имеют малый диаметр, они могут наматываться вдоль канавок линзы Френеля. Осветительный элемент может иметь осветительную систему, так что введение искусственного света в первое и/или второе осветительное средство может быть управляемым. В зависимости от расстояния освещающего устройства до поверхности искусственный свет вводится либо в первое, либо во второе осветительное средство. Оболочка, окружающая внутреннюю сердцевину оптического волокна, может быть несплошной, так что искусственный свет может выходить из оптического волокна на выделенных пятнах для освещения поверхности.
Используемым оптическим волокном может быть цилиндрический диэлектрический волновод, который передает свет вдоль своей оси посредством процесса полного внутреннего отражения. Оптическое волокно состоит из сердцевины, окруженной слоем оболочки. Граница между сердцевиной и оболочкой может быть либо резкой, в волокне со ступенчато изменяющимся показателем преломления, либо плавной, в волокне с плавно изменяющимся показателем преломления. Принцип работы используемого оптического волокна относится к нескольким вариантам, включая многомодовые оптические волокна или одномодовые оптические волокна. В зависимости от типа применения освещающего устройства оптическое волокно может быть изготовлено из стекла или полимера. Оптическое волокно, изготовленное из пластмассы, широко используется в многомодовом волокне со ступенчато изменяющимся показателем преломления с диаметром сердцевины, равным 1 мм или больше. Пластмассовые оптические волокна часто страдают более высоким ослаблением по сравнению со стеклянными волокнами, что ограничивает диапазон устройства, использующего такие оптические волокна. Внутренняя сердцевина оптического волокна часто изготавливается из полиметилметакрилата (акрилового), а материалом оболочки является перфторполимер. Кроме того, оптические волокна основаны на перфторполимере (преимущественно полиперфторбутенилвиниловом эфире).
Для обеспечения более комфортного освещения для чтения первое осветительное средство и/или второе осветительное средство могут быть легированы цветовым средством, причем цветовое средство сдвигает длину волны искусственного света посредством абсорбции и переизлучения. Цветовое средство может включать в себя фосфор, который сдвигает синий свет, проводимый оптическим волокном, на другую волну. Кроме того, для достижения той же самой цели оптические волокна могут быть покрыты слоем фосфора. В качестве альтернативы цветовое средство может размещаться в небольших полостях внутри освещающего тела.
Для минимизации ослепляющих эффектов и исключения прямого попадания части искусственного света на пользователя может быть использовано отражающее средство. Это средство выполнено таким образом, что оно отражает искусственный свет, испускаемый первым и/или вторым осветительным средством в направлении, не приводящем к освещению поверхности. Отражающим средством может быть зеркало и/или отражающее покрытие. Покрытие может наноситься на оптические волокна, так что искусственный свет, испускаемый первым и/или вторым осветительным средством, отражается на поверхность. Кроме того, отражающее средство предотвращает введение искусственного света, испускаемого оптическими волокнами, встроенными в преломляющее средство, в освещающее тело, поскольку это может раздражать пользователя освещающего устройства.
Вышеупомянутое освещающее устройство, а также заявленные компоненты и компоненты, используемые в соответствии с изобретением в описанных вариантах осуществления, не подвергаются каким-либо специальным оговоркам относительно размеров, формы, выбора материала. Техническая концепция, так что критерии выбора известны в данной области, может быть применена без ограничений. Дополнительные детали, характеристики и преимущества цели настоящего изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения и приведенном ниже описании соответствующих чертежей (которые являются только примерными), показывающем множество предпочтительных вариантов осуществления освещающего устройства в соответствии с настоящим изобретением.
Краткое описание чертежей
Данными чертежами являются:
Фиг.1 изображает освещающее устройство, содержащее освещающее тело и осветительный элемент.
Фиг.2 изображает освещающее устройство со щелью для освещения между осветительным элементом и освещающим телом.
Фиг.3 изображает разрез освещающего тела, показанного на фиг.2.
Фиг.4 изображает дополнительный вариант осуществления освещающего устройства.
Фиг.5 изображает вид сверху освещающего устройства, показанного на фиг.4.
Фиг.6 изображает дополнительный вариант осуществления освещающего устройства.
Фиг.7 изображает освещающее тело с двумя рядами осветительных элементов; и
Фиг.8 изображает освещающее тело, окруженный множеством осветительных элементов.
Фиг.9 изображает освещающее тело с элементом конденсора.
Фиг.10 изображает дополнительный вариант осуществления освещающего тела с элементом конденсора.
Фиг.11 изображает освещающее тело с первым осветительным средством и вторым осветительным средством.
Фиг.12 изображает дополнительный вариант осуществления первого и второго осветительного средства; и
Фиг.13 изображает дополнительный вариант осуществления освещающего тела с встроенными первым и вторым осветительным средством.
Подробное описание вариантов осуществления
На фиг.1 изображено освещающее устройство 10 для освещения поверхности 101 объекта 100. Освещающее устройство 10 содержит осветительный элемент 20 и освещающее тело 30. Осветительный элемент 20 размещается ниже элемента 40 корпуса, который поддерживает освещающее тело 30. В проиллюстрированном варианте осуществления освещающим устройством 10 является лампа для чтения, используемая для освещения преимущественно плоской поверхности 101 объекта 100, такого как страница книги, расположенной ниже освещающего тела 30. Для оптического увеличения поверхности 101 освещающее тело 30 содержит поверхностный шаблон 80, образующий линзу Френеля. Такая линза Френеля может обеспечить сильное увеличение без необходимости довольно толстого освещающего тела 30.
Осветительным элементом 20 является СИД, который вводит искусственный свет 21 в освещающее тело 30. Осветительный элемент 20 соединяется с удерживающим элементом 40, которым может быть печатная плата (ПП). Такие печатные платы используются для механической опоры и электрического соединения электронных элементов с использованием проводящих дорожек, вытравляемых из медных листов, наслаиваемых на непроводящую подложку. Такие структуры, как известно, являются недорогими и очень надежными. Кроме того, СИД может непосредственно соединяться с электронными элементами с помощью ПП. На элементе 40 корпуса напротив осветительного элемента 20 установлены приводное устройство 62 и батарея 61. Батарея 61, предпочтительно, является перезаряжаемой и подает необходимый ток осветительному элементу 20. Приводное устройство 62 может включать в себя схему усиления тока и схему генерирования сигнала и управления, которая выдает требуемый сигнал. Кроме того, схема генерирования сигнала и управления регулирует амплитуду, частоту и скважность импульсов.
Для использования освещающего устройства 10 в регионах земли, в которых электрическая энергия является трудной для получения или дорогой, в элемент 40 корпуса может быть встроен солнечный фотоэлемент 60. Солнечный фотоэлемент 60 преобразует фотоны из солнечного света в электрическую энергию, аккумулируемую в перезаряжаемой батарее 61. Таким образом, если в дневное время освещающее устройство 10 подвергается воздействию солнечного света, то освещающее устройство 10 может использоваться в темноте. Чтобы получить освещающее устройство 10, которое, несмотря на солнечный фотоэлемент 60, способно освещать поверхность 101 в течение длительного периода времени, требуется осветительный элемент 60 с малой потребляемой энергией. Доказано, что данному требованию соответствуют СИД, поскольку они обеспечивают достаточный уровень света при малой потребляемой энергии.
Как было измерено экспериментальным путем, поверхностный шаблон 80 приводит не только к оптическому увеличению поверхности 101, но также и к направлению искусственного света 21, вводимого осветительным элементом 20. Следовательно, поверхностный шаблон 80 освещающего тела 30 выполняет две задачи. С одной стороны, поверхностный шаблон 80 оптически увеличивает поверхность 101. С другой стороны, поверхностный шаблон 80 образован множеством преломляющих средств 81, обладающих световыводящими характеристиками. Искусственный свет 21 концентрируется по направлению к преломляющим средствам 81 и испускается на поверхность 101. Следовательно, упомянутая поверхность 101 освещается и одновременно оптически увеличивается.
Для уменьшения количества искусственного света 21, не отклоняемого на поверхность 101, а рассеиваемого в окружающей среде, изобретение раскрывает световыводящий слой 50. Конфигурация световыводящего слоя 50 показана на фиг.2 и 3, причем последний иллюстрирует только освещающее тело 30. Искусственный свет 21 вводится в освещающее тело 30 с левой стороны. Для отклонения искусственного света 21 на поверхность 101, расположенную ниже освещающего тела 30, световыводящий слой 50 содержит поверхностную структуру. Данная поверхностная структура содержит множество отклоняющих средств 51, которые размещаются последовательно. Каждое отклоняющее средство 51 может иметь пилообразное поперечное сечение с гребнем 53, круто поднимающимся из освещающего тела 30. Следующее за ним отклоняющее средство 51 содержит грань 52, которая проходит под наклоном вниз, когда расстояние до осветительного элемента увеличивается. Грань 52 содержит угол 54, измеряемый относительно продольного удлинения освещающего тела 30. В зависимости от длины волны искусственного света 21 и от коэффициента преломления материала, используемого для освещающего тела 30, угол 54 должен находиться в пределах от 0,1° до 5°, предпочтительно, от 0,25° до 2°.
Поверхностный шаблон 80, требующийся для увеличения зрительного восприятия поверхности 101, содержит множество преломляющих средств 81. Каждое преломляющее средство 81 расположено последовательно, перекрывая нижнюю поверхность 35 освещающего тела 30. В проиллюстрированном варианте осуществления каждое преломляющее средство 81 имеет пилообразное поперечное сечение с выступом 83, круто поднимающимся из освещающего тела 30. Следующее за ним преломляющее средство 81 содержит скошенную поверхность 82, которая проходит под наклоном вниз, когда расстояние до осветительного элемента 20 уменьшается. Таким образом, пилообразная структура является обратной по отношению к шаблону световыводящего слоя 50. Для обеспечения равномерного увеличения поверхности 101 преломляющие средства 81 могут размещаться неравномерно. Кроме того, угол 84 между скошенной поверхностью 82 и продольной осью освещающего тела 30 может изменяться относительно расстояния до осветительного элемента 20. Преломляющие средства 81 могут размещаться в линейной структуре, так что поверхностный шаблон 80 может содержать множество рядов преломляющих средств 81. В другом варианте осуществления поверхностный шаблон 80 может содержать множество преломляющих средств 81, выполненных в виде концентрических колец. Образованная таким образом линза Френеля может быть также скорректирована на сферическую аберрацию.
Осветительный элемент 20, показанный на фиг.2, не находится в непосредственном контакте с освещающим телом 30. Вместо этого между осветительным элементом 20 и боковой гранью 36 освещающего тела расположена щель 15 для освещения. Таким образом, часть искусственного света 21′ будет вводиться в освещающее тело 30. Другая часть искусственного света 21 будет непосредственно испускаться на поверхность 101. Данный вариант осуществления обладает преимуществом, которое заключается в том, что для освещения поверхности используется прямой свет 21, а также непрямой свет 21′. Это обеспечивает очень равномерное освещение, улучшая контрастность и возможность чтения книги, расположенной под освещающим устройством 10.
На фиг.4 показан другой вариант осуществления освещающего устройства 10. Освещающее тело 30 разделяется на первый участок 37 и второй участок 38. Нижняя сторона первого участка 37 освещающего тела 30 покрыта поверхностным шаблоном 80, образующим линзу Френеля. Таким образом, объект 100, расположенный под первым участком 37, оптически увеличивается. Для освещения объекта 100, соответственно поверхности 101, второй участок 38 освещающего тела 30 содержит световыводящий слой 50. Искусственный свет 21, вводимый в освещающее тело 30, принимается и отклоняется световыводящим слоем 50 и направляется на поверхность 101. Когда поверхность 101 расположена под первым участком 37, а не под вторым участком 38, искусственный свет 21′ отклоняется в сторону. Как показывает фиг.4, отклоненный искусственный свет 21′ испускается из второго участка 38, но освещает поверхность 101, расположенную под первым участком 37. Данная компоновка более наглядно показана на фиг.5, изображающей вид сверху освещающего устройства 10 в соответствии с фиг.4. Объект 100 с его поверхностью 101 расположен под первым участком 37 освещающего тела 30. Преломляющие средства 81 поверхностного шаблона 80 размещаются соответственно в освещающем теле 30 в виде концентрических колец. Поскольку освещающее тело 30 имеет ширину 33, которая меньше, чем размер поверхности 101, только расположенная под ним часть поверхности 101 оптически увеличивается линзой Френеля. Для освещения поверхности 101 второй участок 38 покрыт световыводящим слоем 50.
Освещающее устройство 10, показанное на фиг.6, содержит осветительный элемент 20, который расположен рядом с элементом 40 корпуса. Искусственный свет 21, испускаемый осветительным элементом 20, не вводится в освещающее тело 30. Вместо этого искусственный свет 21 непосредственно освещает поверхность 101. Поэтому не требуется никакой адаптации между осветительным элементом 20 и освещающим телом 30 для предотвращения абсорбции искусственного света 21. Кроме того, замена осветительного элемента 20 может осуществляться легко и не требует разборки всего освещающего устройства относительно освещающего тела 30.
Как показано на фиг.7 и 8, освещающее устройство 10 может содержать множество осветительных элементов 20. Предпочтительно, данные осветительные элементы 20 размещаются рядом с боковыми поверхностями 36, 36′. На фиг.7 осветительные элементы 20 размещаются в два ряда, направленные друг на друга на боковых поверхностях 36, 36′. На фиг.8 показан другой вариант осуществления, в котором осветительные элементы 20 размещаются по краям всего освещающего тела 30. Благодаря тому, что требуемый общий световой поток испускается не одним, а множеством осветительных элементов 20, светоотдача и размеры каждого отдельного осветительного элемента 20 могут быть уменьшены. Таким образом, может быть реализована узкая конструкция освещающего устройства 10 относительно освещающего тела 30.
Для обеспечения возможности использования освещающего устройства 10 в качестве фонарика раскрыт элемент 90 конденсора. На фиг.9 показано поперечное сечение элемента 90 конденсора, который соединяется с продольной стороной 36 освещающего тела 30. Искусственный свет 21, вводимый в освещающее тело 30 и не отклоняемый или только в малой степени отклоняемый световыводящим слоем 50, может выходить из освещающее тела 30, не освещая поверхность 101, как предполагается. Для использования данной части искусственного света 21 элемент 90 конденсора содержит светопроводящий материал, выполненный с возможностью приема и направления, по меньшей мере, части искусственного света 21. Таким образом, элемент 90 конденсора содержит поверхностную конструкцию 91, которая в проиллюстрированном примере имеет пилообразную структуру. Эта поверхностная конструкция 91 может также образовывать линзу Френеля для фокусирования искусственного света, выходящего из элемента 90 конденсора. Кроме того, элемент 90 конденсора может содержать средство 92 зажима, причем средство 92 зажима действует совместно с другим средством 93 зажима освещающего тела 30. Посредством соединения зажима 92 с другим средством 93 зажима элемент 90 конденсора прикрепляется с возможностью изменения направления к освещающему телу 30.
На фиг.10 показан эффект элемента 90 конденсора. Искусственный свет 21 входит в освещающее тело 30 с левой стороны. Части искусственного света будут проникать в световыводящий слой 50 и выходить из освещающего тела 30 через верхнюю сторону. Другие части искусственного света 21 будут в незначительной степени отклоняться световыводящим слоем 50 и выходить из освещающего тела 30 через нижнюю поверхность 35 под небольшим углом. Третья часть искусственного света 21 будет выходить из освещающего тела 30 через боковую грань 36. Таким образом, последняя упомянутая часть и - в зависимости от размера элемента 90 конденсора - часть предпоследней упомянутой части искусственного света 21 будут входить в элемент 90 конденсора. Поскольку элемент 90 конденсора содержит светопроводящий материал, искусственный свет 21 не будет ослабляться. Наружная поверхность элемента 90 конденсора содержит поверхностную конструкцию 91, выполненную с возможностью приема и отклонения собираемого искусственного света 21. Поверхностная конструкция 91 обладает способностью формировать поток искусственного света 21′, выходящего из элемента 90 конденсора, в фокусированный или - как показано в данном документе - параллельный поток. Таким образом, освещающее устройство 10 может быть использовано в качестве фонарика.
Раскрытое освещающее устройство 10 обладает преимуществом, которое заключается в том, что оно способно освещать и одновременно оптически увеличивать поверхность 101. Потенциальный пользователь смотрит посредством освещающего тела 30, содержащего поверхностный шаблон 80, образующий линзу Френеля. Для обеспечения всегда равномерного освещения поверхности 101 другой вариант осуществления изобретения раскрывает, что освещающее устройство 10 содержит, по меньшей мере, первое осветительное средство 110 и второе осветительное средство 120, причем первое осветительное средство 110 и второе осветительное средство 120 выполнены с возможностью освещения, по меньшей мере, частично, различных участков 102, 102′ поверхности 101. Данный вариант осуществления использует, по меньшей мере, два осветительных средства, которые установлены на изменяемых расстояниях от центра 84 линзы Френеля. Для пояснения положений первого относительно второго осветительного средства на фиг.11 отмечен центр 84 линзы Френеля. Посредством размещения первого и второго осветительных средств 110, 120 на различных расстояниях от центра 84 линзы поверхность 101 будет всегда равномерно освещенной, независимо от расстояния освещающего тела 30 относительно объекта 100.
На фиг.11 показано поперечное сечение части освещающего тела 30. Центр линзы 84 схематично показан вертикальной линией. Первое осветительное средство 110 выполнено при помощи двух оптических волокон, встроенных в два преломляющих средства 81 поверхностного шаблона 80. Кроме того, второе осветительное средство 120 выполнено при помощи одного оптического волокна, встроенного в другое преломляющее средство 8 освещающего тела 30. Положение второго осветительного средства 120 ближе к центру 84 линзы Френеля, чем положение первого осветительного средства 110. Искусственный свет 21, 21′, испускаемый первым соответственно вторым осветительными средствами 110, 120, генерируется в осветительном элементе 20 и вводится в оптические волокна. Последние упомянутые волокна передают искусственный свет 21, 21′ и обеспечивают регулируемое выходное соединение искусственного света 21, 21′ по направлению к объекту 100. Каждое из оптических волокон, образующих первое соответственно второе осветительное средство 110, 120, может соединяться с отдельным осветительным элементом 20. Пользователь может приводить в действие требуемый осветительный элемент 20 при помощи нажимной кнопки. В зависимости от расстояния освещающего устройства 10 до поверхности 101 пользователь может выбирать между двумя осветительными элементами 20, каждый из которых соединяется с осветительным средством 110, 120, для обеспечения равномерного освещения поверхности 101.
На фиг.11 первое и второе осветительные средства 110, 120 выполнены при помощи множества оптических волокон. Оптические волокна обладают преимуществом, которое заключается в том, что они легко встраиваются в канавки, образующие преломляющие средства 81 линзы Френеля. Кроме того, оптические волокна имеют малый диаметр и могут размещаться на большом расстоянии от центра 84 линзы. Кроме того, осветительный элемент 20, генерирующий искусственный свет 21, 21′, может быть даже расположен на расстоянии относительно освещающего тела 30. В альтернативном варианте осуществления, показанном на фиг.12, первое и второе осветительные средства 110, 120 выполнены не при помощи оптических волокон, а при помощи источников света. Для достижения данной цели первым осветительным средством 110 и вторым осветительным средством 120 является сам осветительный элемент. Таким образом, искусственный свет 21, 21′ создается только первым соответственно вторым осветительными средствами 110, 120. Оба осветительных средства 110, 120 могут быть также расположены на поверхности освещающего тела 30, образованной преломляющим средством 81. Кроме того, первое и второе осветительные средства 110, 120 закреплены на отражающем средстве 130. Отражающее средство 130 обладает преимуществом, которое заключается в том, что оно предотвращает ослепляющий эффект. Искусственный свет 21, 21′, который не распространяется по направлению к объекту 100, может входить в освещающее тело 30 и, следовательно, раздражать пользователя освещающего устройства 10. Для предотвращения этого отражающее средство 130 отражает искусственный свет 21, 21′ таким образом, что освещается только объект 100. Отражающее средство 130 может быть выполнено при помощи зеркала и/или отражающего покрытия.
На фиг.13 показан другой вариант осуществления освещающего устройства 10. В данном варианте осуществления первое и второе осветительные средства 110, 120 выполнены при помощи оптических волокон, которые встроены в освещающее тело 30 с использованием адгезива с низким коэффициентом отражения. Для предотвращения ослепляющего эффекта оптические волокна защищены отражающим средством 130, которое образовано листом наподобие фольги, закрепляемым на верхней части оптических волокон. Фиг.13 иллюстрирует способность модифицированного освещающего устройства 10 освещать, по меньшей мере, частично, различные участки 102, 102′ поверхности 101. В зависимости от расстояния освещающего устройства 10 до поверхности 101 пользователь может выбрать для приведения в действие только первое осветительное средство 110. Искусственный свет, испускаемый осветительным элементом 20, вводится в осветительное средство 110 и испускается таким образом, что освещается большой участок 102 поверхности 101. Если пользователь решает уменьшить расстояние освещающего устройства 10 относительно поверхности 101, то поле зрения пользователя уже не может освещаться равномерно. Световой поток может уменьшиться, особенно по направлению к центру 84 линзы. Поэтому пользователь может либо дополнительно, либо в качестве альтернативы приводить в действие второй осветительный элемент, вводящий искусственный свет 21′ во второе осветительное средство 120. Данный искусственный свет 21′ освещает частично другой участок 102 поверхности 101. Таким образом, пользователь по-прежнему имеет равномерное освещение пятна поверхности 101 при помощи освещающего устройства 10.
Первое и второе осветительные средства 110, 120 могут одновременно образовывать полости, заполняемые люминесцентным материалом, для изменения цвета света, испускаемого из осветительных средств 110 и 120. Предпочтительным люминесцентным материалом является органический люминесцентный материал, такой как Lumogen, выпускаемый компанией BASF, поскольку органический материал может легко рассеиваться в осветительном средстве иили осветительном элементе 30. Осветительный элемент может содержать полости, заполненные люминесцентным материалом, помимо осветительных средств 110 и 120. Свет, испускаемый из люминесцентного материала в данных полостях, не должен непосредственно доходить до пользователя, чтобы не помешать обзору освещаемого объекта 100. Следовательно, предпочтительно, закрыть полости отражающим слоем на стороне, обращенной к пользователю, для отражения света, испускаемого по направлению к пользователю, обратно на подлежащий освещению объект 100.
Перечень ссылочных позиций
10 освещающее устройство
15 щель для освещения
20 осветительный элемент
21,21′ искусственный свет
30 освещающее тело
33 ширина освещающего тела 30
34 верхняя поверхность освещающего тела 30
35 нижняя поверхность освещающего тела 30
36,36′ боковая грань освещающего тела 30
37 первый участок
38 второй участок
40 элемент корпуса
50 световыводящий слой
51 отклоняющее средство
52 грань отклоняющего средства 51
53 гребень отклоняющего средства 51
54 угол световыводящего слоя
60 солнечный фотоэлемент
61 батарея
62 приводное устройство
80 поверхностный шаблон
81 преломляющее средство
82 скошенная поверхность преломляющего средства 81
83 гребень преломляющего средства 81
84 центр линзы Френеля
100 объект
101 поверхность объекта 100
102, 102′ участок поверхности 101
110 первое осветительное средство
120 второе осветительное средство
130 отражающее средство