СВЕТОВОД И ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2002 года по МПК G02B6/20 F21V8/00 

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение касается световода, способного передавать свет от источника света к определенному пункту назначения, и, в частности, световода, имеющего эпициклоидное поперечное сечение направляющего свет элемента.

Уровень техники
Обычно в осветительных устройствах используют световод, способный к передаче света от источника. Свет направляется к поверхности стенки направляющего элемента, при этом световой поток меньше, чем от источника. Световод в форме канала должен удовлетворять следующим условиям, чтобы его можно было эффективно использовать для различных осветительных целей.

1. Распределение светового потока, испускаемого в направляющее устройство, должно обеспечивать необходимое распределение параметра освещения, который требует постоянных свойств и величины для освещаемого объекта по направлению и углу.

2. Потребление энергии должно быть ограничено.

3. Должно быть получено определенное преимущество по сравнению с другим техническим блоком, принимая во внимание стоимость.

В качестве осветительного устройства, имеющего световод канального типа, во множестве патентов, которые используются во всех типах осветительных устройств, передний участок световода образован в форме круга (имеющего некоторый выпуклый участок) или многоугольника для структуры канального световода. В круге расположен блок источника света, имеющий лампу и совпадающий с отверстием световода канального типа.

Круглый и многоугольный канал световода способен эффективно предотвращать излучение света через поверхность стенки световода независимо от материала, используемого для световода, обладающего эффектом зеркального отражения или прозрачной призмы, или рассеяния света. Кроме того, характеристика распределения света, которая должна изменяться в соответствии с различными применениями, не изменяется. Множество запатентованных технологий, касающихся геометрического изменения расщепления света по длине световода, модификации световода и параметров излучения света, не способны оптимизировать осветительное устройство при требуемых условиях.

Необходимо концентрировать (уплотнять) рассеиваемый свет из световода на определенном участке. Чтобы преодолеть описанную выше проблему, известен способ чередующегося расположения множества линз в продольном направлении световода и изменения оптической характеристики стенки световода.

Фиг. 1А и 1В иллюстрируют случаи, когда на поверхности стенки световода, имеющего круглое поперечное сечение, установлена призма. Как показано в структуре световода на фиг.1А, вокруг лампы 3 накаливания установлен отражательный колпак для концентрирования света от лампы 3 накаливания на определенном переднем участке, а на передней поверхности отражательного колпака подсоединено направляющее устройство 1 для передачи света до определенного пункта назначения. На конце направляющего устройства прикреплен колпачок 2. Как показано на фиг.1В, которая иллюстрирует поперечное сечение световода, форма поперечного сечения является круглой и на его верхней части образован участок 5 сцепления. Направляющее устройство образовано из внешнего направляющего устройства 4 и внутреннего направляющего устройства 9. Материал последнего - структурированная призма. На фиг.2А и 2В изображена форма призмы. Как показано на фиг.2А, на тонкой пленке призмы непрерывно образованы равнобедренные треугольники, а Фиг. 2В иллюстрирует их размеры. Использующее призму направляющее устройство способно полностью отражать свет, поступающий под определенным углом. Фиг.2С представляет изображение в перспективе, иллюстрирующее часть направляющего устройства, имеющего призмы.

Из патента DE 19640324 известен цилиндрический световод, содержащий внутренний светопроводный слой, имеющий гладкую внутреннюю поверхность и внешнюю поверхность, образованную множеством призм, а также внешний защитный слой, причем оба слоя разделены полым пространством и связаны друг с другом посредством простирающихся вдоль оси канала световода перемычек.

Однако невозможно преодолеть проблемы световода канального типа, изменяя оптическую характеристику стенки световода путем чередующегося расположения линз или использования призм. Описанный выше способ преодоления проблемы может увеличивать стоимость световода канального типа. Следовательно, необходимо усовершенствовать структуру канала световода и оптическую связь с блоком излучения света.

Краткое изложение сущности изобретения
В соответствии с этим, задачей настоящего изобретения является обеспечить световод, способный повышать эффективность и стоимость изготовления без использования линз или призм, подобно обычному световоду.

Для решения вышеизложенной задачи в настоящем изобретении световод отличается тем, что поперечное сечение направляющего устройства образовано в форме трубы, имеющей сечение в форме эпициклоиды.

Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение станет лучше понятым на прилагаемых чертежах, которые приведены только в качестве иллюстрации и, таким образом, не ограничивают настоящее изобретение, и на которых:
фиг. 1А представляет вертикальный вид в поперечном разрезе, иллюстрирующий конструкцию, в которой призма образована на поверхности стенки световода, имеющего круглое поперечное сечение;
фиг.1В представляет горизонтальный вид в поперечном разрезе, иллюстрирующий форму поперечного сечения показанного на фиг.1А световода;
фиг. 2А представляет изображение в перспективе, иллюстрирующее структуру призмы показанного на фиг.1А световода;
фиг. 2В представляет изображение в перспективе, иллюстрирующее размер призмы фФиг.2А;
фиг. 2С представляет изображение в перспективе, иллюстрирующее световод, имеющий призмы, показанные на фиг.2А;
фиг. 3 представляет пояснительный вид различных форм эпициклоидальной кривой;
фФиг.4 представляет пояснительный вид параметрического уравнения эпициклоидального круглого цилиндра согласно настоящему изобретению;
фиг. 5А представляет вид в поперечном разрезе, иллюстрирующий вариант осуществления световода, соответствующего настоящему изобретению, и
фиг.5В представляет горизонтальный вид в поперечном разрезе, иллюстрирующий поперечное сечение показанного на фиг.5А световода.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления
Настоящее изобретение касается световода и осветительного устройства, образованного из источника света и полого направляющего элемента, проходящего от источника света и имеющего прозрачную часть. Настоящее изобретение включает в себя световод в форме трубки с поперечным сечением, имеющим форму эпициклоиды для улучшения энергетической и светоизлучающей характеристики. Свет проходит через него при использовании определенного материала или призм в определенном участке поперечного сечения, а в остальных участках предусмотрен отражательный элемент с высоким коэффициентом отражения.

В световоде на определенном расстоянии от лампы может быть установлен конический отражательный элемент. Он имеет коническую форму и имеет такое же количество ветвей, что и количество ветвей эпициклоиды поперечного сечения направляющего устройства.

Эпициклоида определяется в виде пути, по которому проходит точка окружности, когда некоторая окружность прочерчивается вокруг фиксированной окружности. Следовательно, образуются различные кривые, на основании радиуса фиксированной окружности, и можно образовать различные кривые в соответствии с размером радиуса фиксированной окружности и размером радиуса вращающейся окружности. Полагая, что радиус фиксированной окружности равен "а", радиус вращающейся окружности равен "b", а угол составляет "t", получим следующее параметрическое уравнение эпициклоиды
X=(a+b)cos(t)-b cos((a/b+1)t),
Y=(a+b)sin(t)-b sin((a/b+l)t).

Фиг. 3 иллюстрирует различные виды эпициклоид. Большинство эпициклоид образованы в форме лепестков цветов. Полагая, что полукруглая дуга является ветвью, количество ветвей составляет от 3 до 6, и здесь может быть больше 3-6 ветвей. Фиг. 3 иллюстрирует эпициклоиду круглой и эллиптической формы (ссылочные позиции i-1). В настоящем изобретении в основном используется круглая эпициклоида, имеющая 5 ветвей. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения количество ветвей и их основной тип также можно изменять по-разному, в соответствии с назначением использования световода и условиями изготовления.

Световод, имеющий различные поперечные сечения в форме эпициклоиды, имеет следующие особенности:
1) величина отражения стенки канала световода снижена и траектория движения с последовательными отражениями уменьшена;
2) в направлении распространения светового потока в световоде образована каустическая область, и свет уплотняется в осевом направлении канала;
3) вышеупомянутые условия 1 и 2 можно изменять путем изменения формы эпициклоиды или светового параметра материала, образующего стенку световода;
4) стоимость изготовления снижена, и улучшены технические характеристики и энергетические характеристики освещения.

Описанные выше условия являются главными условиями, требуемыми для преодоления проблем осветительного устройства, имеющего обычный полый световод.

Оптическую конструкцию, образованную из цилиндрического эпициклоидного световода, можно выполнять по-разному. Полый цилиндрический канал световода имеет радиус, который формирует эпициклоиду, количество "m" ветвей эпициклоиды, различные формы, основанные на длине L канала, который является оптически близким к устройству введения света, и геометрический параметр. Форма эпициклоиды может быть расширена или укорочена так, чтобы можно было выполнять в световоде много изменений на основании различных вариаций типа материала и параметра.

Ввиду технических проблем, предпочитают выбрать уменьшенную эпициклоиду, которая иллюстрируется в виде точки М, удаленной на расстояние □•r(□<1) от центра на радиусе "r", находящемся не на окружности, который формирует эпициклоиду, как показано на фиг.4. Цилиндрическое параметрическое уравнение эпициклоиды относительно оси z имеет следующий вид:
x = r[(1+m)Cos□-□Cos(1+m)□],
y = r[(1+m)Sin□-□Sin(1+m)□], (1)
z=z,
где каждый параметр □ изменяется в диапазоне 0-2□.
Если каждая ветвь эпициклоиды является циклоидой, свет, который зеркально отражается от стенки световода или имеет внутреннее полное отражение, удовлетворяет вышеприведенному соотношению между углом падения и углом отражения. Основная особенность световода эпициклоидного типа состоит в том, что огибающая всех нормальных линий относительно касательной в каждой точке падающего луча становится гипоциклоидой и может быть выражена следующим образом:
x = r[(1-m)Cos□+□Cos(1-m□)],
y = r[(1-m)Sin□-□Sin(1-m□)], (2)
z=z
Приведенное выше уравнение (2) справедливо относительно полого световода, который образуют на основании эпициклоидной комбинации ветвей, образованных на замкнутой кривой, подобной овалу Кассини. Овальный световод показан на фиг.3 (j). Ветви являются комбинацией эпициклоиды, в которой m=3, 4, 5, 6 (фиг. 3(l)). Описанный выше световод называется комбинированным эпициклоидным световодом. Краевой эффект, который вызывает многократные отражения света, уменьшен в обычном световоде, а также в комбинированном световоде, и снижено расширение неэффективного света. Концентрация луча отражения (сходимость) увеличивает траекторию между путями отражения луча, которые поочередно снижают потери энергии во время отражения. Поскольку радиус огибающей световода уменьшен, концентрация отраженного луча увеличена.

Характеристика распространения света в световоде эпициклоидного типа заключается в том, что концентрация света получается в каустической области центра световода. Огибающая каустической области является гипоциклоидой. Ее тип имеет подобную постоянную K= R/(R-2r), и он аналогичен эпициклоиде, вращающейся относительно того же центра □/K. В этом случае, весь луч центрального участка отражается и вводится в разрез в световоде эпициклоидного типа (в частности, количество ветвей является нечетным), по сравнению с круглым световодом, в котором большая часть центрального луча сталкивается со светом отражения, прежде чем достигает разреза, так что эффективность повышается.

Фиг.5А и 5В иллюстрируют вариант осуществления световода, имеющего поперечное сечение в форме эпициклоиды. Как показано на фиг.5А, отражательный колпак установлен так, что окружает лампу накаливания для концентрирования света от лампы 3 накаливания в передней части осветительного устройства. Направляющее устройство 1 подсоединено к передней поверхности отражательного колпака для передачи образованного света на определенное расстояние. Поперечное сечение направляющего устройства 1 имеет форму эпициклоиды, а не форму окружности. В конце направляющего устройства установлено зажимное приспособление 6. Фиг.5В иллюстрирует детализированный поперечный разрез. В этом случае для изготовленного направляющего устройства образована поверхность 21 эпициклоиды, имеющая пять ветвей. Параметрическое уравнение имеет следующий вид
x=150cos(t)-20соs(6t),
y=150sin(t)-20sin(6t).

Другая особенность настоящего изобретения заключается в том, что отражательный элемент 22 высокой термостойкости установлен в передней части отражательного колпака в отличие от обычного устройства. Отражательный элемент 22 образован в виде конуса эпициклоидного типа, в отличие от направляющего устройства 1, и имеет пять ветвей. Параметрическое уравнение отражательного элемента 22 имеет следующий вид
x=75cos(t)+10cos(6t),
y=75sin(t)-10sin(6t).

Следовательно, в настоящем изобретении, поскольку поперечные сечения направляющего устройства 1 и отражательного элемента 22 образованы в форме эпициклоиды, выходящий из осветительного устройства свет эффективно передается в определенное место назначения.

Как описано выше, в настоящем изобретении не используются дорогостоящие линза и призма, вследствие чего снижается стоимость изготовления, так что можно изготовить световод высокой эффективности. В частности, можно улучшить характеристики освещения и энергетической отдачи, изменяя тип эпициклоиды или изменяя оптический параметр материала, который образует поверхность стенки световода.

Поскольку настоящее изобретение можно воплощать в нескольких формах, не выходя при этом за рамки его сущности или его основных характеристик, следует также понимать, что описанный выше вариант осуществления не ограничен какой-либо из деталей вышеизложенного описания, но его следует толковать шире, в пределах сущности и объема притязаний, как это определено в формуле изобретения, и, следовательно, все видоизменения и модификации, которые встречаются и попали в пределы формулы изобретения, или их эквиваленты, предполагаются охваченными прилагаемой формулой изобретения.

Изобретение касается световода, способного передавать свет от осветительного устройства в определенный удаленный пункт назначения. Световод включает в себя полый направляющий элемент, простирающийся от источника света и имеющий прозрачную боковую поверхность. Световод выполнен в форме трубы, имеющей поперечное сечение в форме эпициклоиды для усиления характеристик мощности излучения света. Осветительное устройство содержит источник света, световод и отражательный конический элемент с высоким коэффициентом отражения, установленный в световоде на расстоянии от источника света. Обеспечено снижение стоимости изготовления и повышение эффективности. Улучшение характеристик освещения и энергетической отдачи осуществляется путем изменения типа эпициклоиды или материала, который образует поверхность стенки световода. 2 с. и 18 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Световод, содержащий направляющий свет элемент, отличающийся тем, что направляющий свет элемент выполнен в форме трубы, сечение канала которой ограничено эпициклоидой. 2. Световод по п. 1, отличающийся тем, что в эпициклоиде количество ветвей составляет больше, чем 2. 3. Световод по п. 2, отличающийся тем, что в эпициклоиде количество ветвей составляет 3. 4. Световод по п. 2, отличающийся тем, что в эпициклоиде количество ветвей составляет 4. 5. Световод по п. 2, отличающийся тем, что в эпициклоиде количество ветвей составляет 5. 6. Световод по п. 2, отличающийся тем, что в эпициклоиде количество ветвей составляет 6. 7. Световод по п. 1, отличающийся тем, что эпициклоида является кривой, полученной на основе окружности. 8. Световод по п. 1, отличающийся тем, что эпициклоида является кривой, полученной на основе эллипса. 9. Световод по п. 1, отличающийся тем, что свет передается в направляющем элементе, изготовленном с использованием пропускающего свет материала с поперечным сечением в форме эпициклоиды и, по меньшей мере, одним отражательным элементом, установленным в направляющем элементе. 10. Осветительное устройство, содержащее источник света, и направляющий свет элемент, выполненный в форме трубы, имеющей прозрачную боковую поверхность, сечение канала которой ограничено эпициклоидой. 11. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что содержит отражательный конический элемент, установленный на расстоянии от источника света в световоде. 12. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что число ветвей отражательного элемента соответствует числу ветвей эпициклоиды поперечного сечения направляющего элемента. 13. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что в эпициклоиде количество ветвей больше, чем 2. 14. Устройство по п. 13, отличающееся тем, что в эпициклоиде количество ветвей составляет 3. 15. Устройство по п. 13, отличающееся тем, что в эпициклоиде количество ветвей составляет 4. 16. Устройство по п. 13, отличающееся тем, что в эпициклоиде количество ветвей составляет 5. 17. Устройство по п. 13, отличающееся тем, что в эпициклоиде количество ветвей составляет 6. 18. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что вышеуказанная эпициклоида является кривой, полученной на основе окружности. 19. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что вышеуказанная эпициклоида является кривой, полученной на основе эллипса. 20. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что свет передается в направляющем элементе, изготовленном с использованием пропускающего свет материала, с поперечным сечением в форме эпициклоиды и отражательным элементом, установленным в направляющем элементе.