ДЕКОРАТИВНЫЙ СВЕТИЛЬНИК Российский патент 2009 года по МПК F21S10/02 

Изобретение относится к области светотехники и может быть использовано в качестве декоративных светильников для освещения и украшения витрин магазинов, внутреннего интерьера жилых и офисных помещений, досуговых учреждений (баров, ресторанов, казино, ночных клубов) и для изготовления рекламоносителей.

Неизгладимое впечатление на человека производят такие природные явления, как радуга, северное сияние, зори, гало и т.д., когда динамика широкой палитры цвета изменяется в пространстве и во времени. В заявляемой конструкции декоративного светильника осуществлена работа по моделированию этих зрительных образов с применением современных нанотехнологий. Стандартные художественные образцы светильников, панно, светодинамических панелей, наделенные разработанными источниками света, приобретают новые поразительные свойства воздействия на эмоции человека, соизмеримые с природными эффектами.

Для придания интерьерам помещений индивидуальности, неповторимости и красочности применяют декоративные светильники.

Известна конструкция декоративного светильника (Авт.св. СССР №1158819, заявл.29.07.83, опубл. 30.05.85), содержащего источник света с размещенным на одной оптической оси с ним пучком световодных волокон и установленный между ними с возможностью вращения диск со светофильтрами, выполненными в виде секторов. Для повышения декоративного эффекта светильник снабжен коллимирующей линзой, помещенной между источником света и диском со светофильтрами, при этом оптическая ось линзы и ось вращения диска со светофильтрами совмещены с оптической осью светильника. При включении устройства свет от источника света, проходя линзу и вращающиеся светофильтры, меняет свой спектральный состав и формируется в коллимированный пучок, который освещает нижние торцы световодных волокон, при этом верхние торцы световодных волокон одновременно светятся различными цветами, меняя цвет при вращении светофильтров. Данное изобретение позволяет обеспечить декоративный эффект благодаря тому, что шаровая поверхность распушенного конца волоконного жгута формирует перемещающиеся по кругу световые картины высокого уровня яркости.

Однако с помощью данного устройства можно обеспечить лишь один декоративный эффект изменения цвета на выходе световых волокон и для его реализации необходимо наличие огромного количества световодов. Кроме того, громоздкость конструкции, заключающаяся в наличии узлов механического вращения, и высокая сложность ограничивают широкое применение данного типа светильника для декоративного освещения интерьера.

В последние годы на смену обычным источникам света в виде ламп накаливания пришли светоизлучающие диоды (СИД). По экономической целесообразности СИД уже перешагнули лампы накаливания и почти сравнялись с галогенными лампами. Использование СИД обусловлено рядом существенных преимуществ перед другими источниками света: малые энергопотребление (СИД потребляет ток 35 мА) и тепловыделение, высокое быстродействие, длительный срок службы до 100 000 часов и высокая надежность. Питание СИД обеспечивается специальным блоком электропитания, стабилизированным по току, преобразующему переменное напряжение 220 В в постоянное напряжение 3,0-4,5-12-24 В.

Известен также декоративный светильник со светодиодами (Заявка Франции №2848288, F21V 13/04, Н05В 32/02), включающий светоизлучающие диоды (СИД) белого света и оптическую систему, увеличивающую эмиссионную площадь. Оптическая система с набором призм перехватывает случайные пучки света от СИД и перераспределяет их по зоне осветительного устройства. Распределительное устройство позволяет также смешивать световые пучки от цветных СИД.

Однако данное устройство не позволяет создавать светодинамические декоративные эффекты и не может быть использовано для освещения баров, ресторанов, казино, ночных клубов и для изготовления рекламоносителей.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является конструкция декоративного светильника (Пат. РФ №2152555, кл. F21S 10/00, опубл. 10.07.2000 г.), являющегося прототипом и содержащего прозрачный, любой формы и конфигурации корпус с источником света, расположенным внутри него, подставку, крышку с прорезями в ней, обеспечивающими прохождение воздушного потока и световой гаммы, поступающей от источника света. Под крышкой помещен определенно расцвеченный светорассеивающий элемент на единственном игле-подшипнике, расположенном выше центра тяжести светорассеивающего элемента.

Светильник обеспечивает создание только одного эффекта «пылающего камина» и позволяет создавать динамический свет, но лишь монохромный в зависимости от цвета светорассеивающего элемента.

Он имеет ограниченную область применения, малое количество световых трансформаций. В нем отсутствует динамическое изменение яркости и цветности световой картины. Декоративный эффект выражен слабо.

Задачей данного изобретения является расширение области применения, увеличение количества световых трансформаций, обеспечение динамического изменения яркости и цветности световой картины и усиление декоративного эффекта.

Поставленная задача достигается за счет того, что декоративный светильник, содержащий прозрачный, любой формы и конфигурации корпус с источником света, расположенным внутри него, подставку, крышку с прорезями в ней, снабжен контроллером, соединенным с источником света и расположенным внутри прозрачного корпуса, выполненного в виде каркаса с установленными в нем светорассеивающими пластинами, на одной из сторон которых изготовлена дифракционная решетка с микроструктурой, сформированной из нанесенного на прозрачную пластину тонкопленочного покрытия, с размером микроструктуры 1-3,3 мкм, а подставка, контроллер, источник света, корпус и крышка расположены соосно.

Источник света может быть выполнен в виде осветителя, состоящего из набора микроламп, светоизлучающих диодов, лазеров, световолокон.

На фиг.1 изображен общий вид предлагаемого декоративного светильника, на фиг.2 показан вид на внутреннюю сторону светорассеивающей пластины, на фиг.3 представлен вид оптического модуля с оптическими блоками и разделительной рамкой, на фиг.4 изображен оптический блок с ограничительной рамкой и рисунками микроструктуры, на фиг.5 показана схема освещения микроструктуры, сформированной на светорассеивающей пластине, на фиг.6 иллюстрируется явление огибания светом элементов микроструктуры, выполненных в виде щелей, при котором происходит перераспределение светового потока в результате суперпозиции вторичных волн, на фиг.7 иллюстрируется дифракция света на элементах микроструктуры, выполненных в виде отверстий, при которой происходит образование вторичных световых волн и перераспределение светового потока в результате интерференции вторичных волн.

Светильник (фиг.1) содержит корпус 1, источник света 2, управляемый контроллером 3. Источник света выполнен в виде осветителя 4, состоящего из набора микроламп, светорассеивающих диодов, полупроводниковых лазеров, световолокон. На каркасе корпуса установлены прозрачные светорассеивающие пластины 5 с дифракционной решеткой 6 с микроструктурой 1-3,3 мкм. Корпус прикреплен к подставке 7, которая обеспечивает устойчивое положение светильника на поверхности стола. В верхней части светильник имеет крышку 8 с прорезями 9, обеспечивающими охлаждение конструкции за счет конвекции воздуха и пропускание части светового потока вверх. Источник света 2 и контроллер 3 закреплены на основании 10. Все элементы конструкции: корпус 1, осветитель 2, контроллер 3, основание 10, подставка 7 и крышка 8 закреплены соосно с корпусом посредством оси 11 с помощью шаровидной гайки 12.

На внутренней поверхности светорассеивающих пластин 4 нанесена дифракционная решетка 8 с микроструктурой, сформированной из нанесенного на прозрачную пластину тонкопленочного покрытия, с размером элементов 0,3-3 мкм. Корпус 1 размещен на подставке 9, обеспечивающей устойчивость конструкции при установке ее на поверхности стола.

На фиг.2 показан вид на внутреннюю сторону светорассеивающей пластины 5, на которой изготовлена дифракционная решетка 6 с микроструктурой, сформированной из нанесенного на прозрачную пластину тонкопленочного покрытия на основе окиси железа. По краям пластины 5 имеется нерабочее поле в виде рамки 13 со сплошным тонкопленочным покрытием. Рабочее поле пластины 5 заполнено методом мультиплицирования ячейками 14 с оптическими модулями 15 (область В).

На фиг.3 представлен вид оптического модуля 15 (область В) с оптическими блоками 16 (область С) и разделительной рамкой 17.

На фиг.4 изображен блок 16 с ограничительной рамкой 20 и рисунками микроструктуры 18 и 19 с характерными размерами от 1 до 3,3 мкм. Геометрические размеры микроэлементов, включенных в оптический модуль 16, вычислялись с использованием классической формулы для дифракционной решетки

где d - период структуры микроэлементов решетки, φ_k - углы дифракции света, к - порядок дифракции, λ - длина волны источника света. Для обеспечения световой палитры длина волны видимого диапазона длин волн используется в диапазоне 0,4-0,7 мкм. Решетки, изготовленные методом травления в окиси железа, обеспечивают не менее k=6 порядков дифракции практически одинаковой интенсивности. Для разделения цветов, следуя выражению 1, необходимо использовать структуры с частотой от 1 000 до 300 линий на 1 мм. Это дает характерный размер микроструктуры d от 1 мкм до 3,3 мкм.

Декоративный светильник работает следующим образом.

При попадании света от осветителя 4 (фиг.5) на область дифракционной решетки 16 (фиг.4) с микроструктурой 18 происходит дифракция света или явление огибания светом препятствий, которое сопровождается перераспределением светового потока в результате суперпозиции вторичных волн (фиг.6). При этом происходит сложение колебаний световых пучков от всех пучков в точке расположения наблюдателя. В результате интенсивность дифрагированного света будет иметь максимумы и минимумы. Если лучи от световых пучков придут в точку наблюдения в противофазе, то они гасят друг друга, а если в фазе, то усиливают. Интенсивность максимумов разных порядков (но соответствующих одной длине волны) связана с конечным размером микроструктуры в дифракционной решетке. При освещении ее белым светом для различных значений длины волны (разных цветов) положение максимумов одинакового поряда не будут совпадать друг с другом, кроме центрального. Поэтому центральный максимум имеет вид белой полосы, а все остальные - вид радужных полос, называемых дифракционными спектрами первого, второго и т.д. порядков. Для наблюдателя явление дифракции представляется в виде радужной картины по всей площади светорассеивающей пластины с широкой палитрой цветов.

При попадании света от осветителя 4 (фиг.5) на область дифракционной решетки 16, заполненную микроструктурой 19, лучи, прошедшие сквозь нее, интерферируют (фиг.7). Это приводит к перераспределению энергии световой волны так, что в результате против точки, совпадающей с центром данной микроструктуры будет находиться максимум интерференции и эта точка для наблюдателя окажется освещенной гораздо ярче соседних. По мере удаления от точки, совпадающей с центром микроструктуры, яркость света будет уменьшаться и точка будет окружена темным кольцом. За темным кольцом будет расположено более яркое и т.д. Таким образом, вокруг центра будут располагаться дифракционные максимумы и минимумы кольцевой или эллиптической формы. Центральный максимум - белый круг, а остальные радужные кольца - дифракционными спектрами первого, второго и т.д. порядков.

Таким образом, при прохождении светового потока сквозь нанесенную на стеклянную пластину 5 дифракционную решетку 6 свет разлагается на составляющие цвета спектра, создавая радужный эффект. При прохождении светового пучка сквозь микроструктуру часть его будет проходить через решетку прямо, а часть будет огибать микроэлементы решетки, в результате чего образуются новые пучки, выходящие из решетки и формирующие цветное изображение. В зависимости от угла падающего света на высокоразрешающую структуру, она переливается всеми цветами радуги.

Конструкция декоративного светильника дополнительно обеспечивает получение светодинамических эффектов за счет:

переключения в осветителе 4 светоизлучающих элементов по заданной программе с помощью контроллера. Одновременное включение одного или нескольких источников света разного цвета в осветителе 4 создало огромные возможности с точки зрения световых решений, благодаря смешиванию цветов.

Осветитель, состоящий из группы светоизлучающих диодов, способен более точно поддерживать один цвет и его интенсивность, формировать множество (до 1 миллиона) цветовых оттенков по сравнению с одним оттенком, получаемым в прототипе в виде эффекта «пылающего камина», осуществлять динамическое изменение света в различных режимах с несколькими уровнями скорости эффекта смешения цветов: «бегущая строка», «зигзаг», «стробоскоп», «переливания одного цветового оттенка в другой» и т.д.

Получаемый свет различной длины волны и длительности, а также цветовые оттенки оказывают активизирующее влияние на микроциркуляцию в области сетчатки глаза и общестимулирующее воздействие на организм человека. Отображение нежных цветовых градиентов и изменение яркости света вызывает различные эмоции у наблюдателя. Плавный и мягкий переход от одного цвета к другому, используемый в конструкции декоративного светильника, позволяет получать высокое эстетическое наслаждение и удовольствие от созерцания феерических световых картин.

Применение в конструкции декоративного светильника светорассеивающих пластин с дифракционной решеткой с размерами элементов на уровне 1 мкм, получаемых методом фотолитографии и техпроцессов, применяемых в нанотехнологии, а также современных твердотельных источников света - светоизлучающих диодов позволило создавать декоративные эффекты, значительно усиливающиеся за счет одновременного применения эффекта дифракции света и динамического изменения цвета и формирования широкой цветовой гаммы с помощью светодиодов разного цвета (система RGB), работающих по заданной программе, что позволило приблизить эффект эмоционального воздействия разработанной конструкции светильника к эффекту воздействия природных явлений таких, как радуга, северное сияние, гало, звездное небо и т.д.

Таким образом, нанесение на поверхность стеклянных светорассеивающих пластин совокупности микроструктур размером 1-3,3 мкм позволило разбить фронт световой волны на отдельные пучки когерентного света. Эти пучки, претерпевая дифракцию на микроструктурах, интерферировали друг с другом, раскладывая белый свет в спектр и позволяя получать, благодаря этому, радужный декоративный эффект. Из-за интерференции интенсивность света, прошедшего через совокупность микроструктур, получалась различной в различных направлениях. В некоторых направлениях световые волны складывались в фазе, многократно усиливая друг друга. Освещение светорассеивающих пластин с микроструктурами изменяющимся с помощью контроллера монохроматическим светом позволило получить трехмерную динамическую дифракционную картину.

За счет сочетания динамического изменения длины волны монохроматического света и дифракции света изобретение позволило увеличить количество световых трансформаций, получить многовариантное динамическое изменение яркости и цветности световой картины в пространстве и времени, и, благодаря этому, обеспечить использование его в качестве декоративного светильника для освещения и украшения витрин магазинов, внутреннего интерьера жилых и офисных помещений, а также для декоративного освещения баров, ресторанов, казино, ночных клубов и рекламоносителей, т.е. значительно расширить области применения декоративного светильника по сравнению с прототипом.

В приложении к заявке, см. фиг.8, продемонстрированы возможности декоративного светильника и один из вариантов его конструкции.

Декоративный светильник содержит прозрачный, любой формы и конфигурации корпус с источником света, расположенным внутри него, подставку, крышку с прорезями в ней. Светильник снабжен контроллером, соединенным с источником света и расположенным внутри прозрачного корпуса, выполненного в виде каркаса с установленными в нем светорассеивающими пластинами, на одной из сторон которых изготовлена дифракционная решетка с микроструктурой, сформированной из нанесенного на прозрачную пластину тонкопленочного покрытия, с размером микроструктуры 1-3,3 мкм. Подставка, контроллер, источник света, корпус и крышка расположены соосно. Источник света выполнен в виде осветителя, состоящего из набора микроламп, светоизлучающих диодов, лазеров, световолокон. Технический результат - расширение области применения, увеличение количества световых трансформаций, обеспечение динамического измерения яркости и цветности световой картины и усиление декоративного эффекта. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Декоративный светильник, содержащий прозрачный, любой формы и конфигурации корпус с источником света, расположенным внутри него, подставку, крышку с прорезями в ней, отличающийся тем, что он снабжен контроллером, соединенным с источником света и расположенным внутри прозрачного корпуса, выполненного в виде каркаса с установленными в нем светорассеивающими пластинами, на одной из сторон которых изготовлена дифракционная решетка с микроструктурой, сформированной из нанесенного на прозрачную пластину тонкопленочного покрытия, с размером микроструктуры 1-3,3 мкм, а подставка, контроллер, источник света, корпус и крышка расположены соосно.

2. Декоративный светильник по п.1, отличающийся тем, что источник света выполнен в виде осветителя, состоящего из набора микроламп, светоизлучающих диодов, лазеров, световолокон.