ЛАМПА СО СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИМ ДИОДОМ В КАЧЕСТВЕ ИСТОЧНИКА СВЕТА Российский патент 2012 года по МПК F21L4/02 F21V17/10 

Изобретение в общем имеет отношение к созданию лампы с использованием светоизлучающего диода (СИД) в качестве источника света. В частности, оно имеет отношение к созданию способа фокусировки света, излучаемого светоизлучающим диодом (СИД). Оно также имеет отношение к созданию лампы.

Настоящее изобретение имеет особенно предпочтительное применение в области создания головных ламп, таких как головная (шахтерская) лампа, используемых шахтерами при работе в шахтах, причем при рассмотрении последующего описания это особенно следует принимать во внимание.

Используемый в описании настоящего изобретения термин головная лампа следует понимать как часть узла головной лампы, который содержит источник света узла и который предназначен для закрепления на голове пользователя.

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предлагается способ фокусировки света, излучаемого (испускаемого) светоизлучающим диодом (СИД), причем способ предусматривает отражение по меньшей мере части света, излучаемого СИД, таким образом, что отраженный свет излучается (с удалением) из фокальной точки, и, после того как свет был отражен, фокусировку по меньшей мере части отраженного излучаемого света в луч (пучок), за счет отражения света еще раз, чтобы направить его в луч.

Отражение и направление указанной части света, излучаемой СИД, с удалением из фокальной точки и в луч, может быть осуществлено при помощи пары отражающих поверхностей, причем одной отражающей поверхностью является первичная отражающая поверхность, а другой отражающей поверхностью является вторичная отражающая поверхность, при этом каждая из отражающих поверхностей образована так, что имеет фокальную точку, причем отражающие поверхности имеют такое относительное совмещение и расположение, что их фокальные точки совпадают и образуют указанную фокальную точку, из которой испускается отраженный свет.

Используемый в описании настоящего изобретения термин «фокальная точка» следует понимать как малую площадь, меньшую площади СИД, из которой испускается свет, причем свет испускается с удалением от этой малой площади, при этом фокальная точка преимущественно является настолько малой, насколько это практически выполнимо.

Отражение указанной части света, излучаемой СИД, может быть осуществлено при помощи первичной отражающей поверхности, причем способ, одновременно с указанным отражением, предусматривает такое направление света, чтобы он излучался с удалением из фокальной точки.

Фокусировка указанной части света, после ее излучения с удалением из фокальной точки, может быть осуществлена при помощи вторичной отражающей поверхности.

Направление указанной части света, излучаемой СИД, для обеспечения излучения с удалением из фокальной точки, может быть осуществлено за счет пропускания части света через фокальную точку, с удалением из (от) которой свет затем испускается в направлении вторичной отражающей поверхности. Вместо этого отражение указанной части света, излучаемой СИД, может предусматривать перехват (отсечение) света, излучаемого СИД, ранее достижения фокальной точки, и отражение перехваченного света, направление указанной части света так, чтобы он излучался с удалением из фокальной точки, причем направление перехваченного света производят так, чтобы он излучался с удалением из фокальной точки и в направлении вторичной отражающей поверхности. Таким образом, указанная часть излучаемого света отражается ранее достижения фокальной точки, так что она не проходит через фокальную точку, а просто излучается с удалением из нее.

Фокусировку отраженного излученного света в луч производят так, что свет в луче является главным образом коллимированным, то есть луч является главным образом концентрированным или сфокусированным.

Способ может предусматривать отражение части света, излучаемого СИД, чтобы образовать зону периферийного света, окружающую луч. Типично, отражают небольшую часть света, излучаемого СИД, чтобы образовать указанную зону периферийного света, таким образом, что указанная зона периферийного света имеет более низкую силу света, чем луч, который она окружает.

Способ может дополнительно предусматривать возможность излучения без отражения части света, излучаемой СИД, причем указанная неотраженная часть света образует часть светового луча. В некоторых вариантах, по меньшей мере, доля указанной неотраженной части света может образовывать часть зоны периферийного света.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, предлагается лампа, причем лампа имеет рабочий передний конец, обращенный в прямом направлении, при этом лампа содержит:

каркас;

держатель светоизлучающего диода (СИД), установленный на каркасе для крепления СИД;

первичный отражатель, установленный на каркасе и расположенный на пути прохождения света, излучаемого СИД, закрепленный в держателе, причем первичный отражатель имеет первичную отражающую поверхность для отражения по меньшей мере части (порции) излучаемого света;

вторичный отражатель, установленный на каркасе и расположенный относительно первичного отражателя так, что свет, отраженный первичным отражателем, в рабочем режиме, отражается ко вторичному отражателю, причем вторичный отражатель имеет вторичную отражающую поверхность, при этом вторичная отражающая поверхность образована так, чтобы отражать свет от нее в переднем направлении лампы и фокусировать указанный свет в главным образом сфокусированный луч.

Держатель СИД может быть расположен относительно каркаса так, что СИД, закрепленный в нем в рабочем режиме, излучает свет в основном переднем направлении лампы, причем первичный отражатель расположен напротив держателя СИД таким образом, что первичная отражающая поверхность в целом обращена в заднем направлении лампы, чтобы отражать указанную часть света, излучаемую в рабочем режиме СИД, в основном заднем направлении лампы, при этом вторичный отражатель расположен позади первичного отражателя таким образом, что вторичная отражающая поверхность в целом обращена в переднем направлении лампы, причем вторичный отражатель образует чашу для СИД, закрепленного в держателе СИД, при этом первичный отражатель меньше по размерам, чем вторичный отражатель, что позволяет проходить через него, в переднем направлении лампы, главным образом сфокусированному световому лучу, отраженному вторичной отражающей поверхностью.

Лампа может иметь центральную оптическую ось, которая идет в продольном направлении лампы, причем держатель СИД расположен так, что закрепленный в нем СИД в рабочем режиме расположен на центральной оптической оси, при этом первичная отражающая поверхность и вторичная отражающая поверхность являются концентрическими относительно центральной оптической оси.

Первичный отражатель и вторичный отражатель могут иметь такую форму, что первичная и вторичная отражающие поверхности имеют в целом куполовидные профили, причем как первичная отражающая поверхность, так и вторичная отражающая поверхность имеют фокальную точку, при этом первичный отражатель и вторичный отражатель имеют такое относительное расположение, что фокальные точки первичной отражающей поверхности и вторичной отражающей поверхности совпадают при их расположении на центральной оптической оси.

Первичная отражающая поверхность может иметь вогнутый куполовидный профиль, обращенный в заднем направлении лампы, в направлении вторичного отражателя и держателя СИД, причем первичный отражатель и вторичный отражатель имеют такое относительное расположение, что фокальные точки первичной и вторичной отражающих поверхностей расположены между первичной и вторичной отражающими поверхностями и напротив СИД, закрепленного в держателе СИД.

Вместо этого, первичная отражающая поверхность может иметь выпуклый куполовидный профиль, обращенный в заднем направлении головной лампы, в направлении вторичного отражателя и держателя СИД, причем первичный отражатель и вторичный отражатель имеют такое относительное расположение, что фокальные точки первичной и вторичной отражающих поверхностей расположены напротив первичного отражателя, на стороне первичного отражателя, противоположной той, на которой расположены вторичный отражатель и держатель СИД.

Первичный отражатель может быть снабжен круглым отверстием, соосным с центральной оптической осью и концентрическим относительно нее, позволяющим излучать часть света, излучаемого СИД, закрепленным в держателе СИД, без отражения первичным отражателем, в переднем направлении лампы, для образования части указанного главным образом сфокусированного луча. В некоторых вариантах отверстие первичного отражателя может быть достаточно большим, так что часть неотраженного света образует часть зоны периферийного света, окружающей луч.

Свет, излучаемый СИД, закрепленным в держателе СИД, может иметь в целом форму конуса света. Таким образом, в рабочем режиме, за счет специфической конструкции первичного и вторичного отражателей, главным образом сфокусированный луч будет иметь относительно высокую силу света, а зона периферийного света, окружающая луч, будет иметь относительно низкую силу света.

Вторичный отражатель может иметь отверстие вторичного отражателя, соосное с центральной оптической осью и концентрическое относительно нее, в которое введен держатель СИД таким образом, что, в рабочем режиме, СИД, закрепленный в держателе, выступает из отверстия вторичного отражателя в направлении переднего конца лампы.

Вторичный отражатель может иметь по меньшей мере одну третичную отражающую поверхность, причем каждая третичная отражающая поверхность является концентрической относительно центральной оптической оси и имеет в целом выпуклый профиль, чтобы отражать часть света, излучаемого СИД, закрепленным в держателе СИД, в целом в переднем направлении лампы, для образования зоны периферийного света, окружающей указанный главным образом сфокусированный луч. Само собой разумеется, что каждая третичная отражающая поверхность обращена в целом в переднем направлении лампы, чтобы направлять отраженный свет в целом в переднем направлении лампы.

Вторичный отражатель преимущественно может иметь две третичные отражающие поверхности, причем одна третичная отражающая поверхность обрамляет отверстие вторичного отражателя, а другая третичная отражающая поверхность обрамляет вторичную отражающую поверхность таким образом, что вторичная отражающая поверхность будут расположена радиально между двумя третичными отражающими поверхностями.

Лампа также может иметь прозрачный экран, типично круговой экран, расположенный на переднем конце лампы напротив держателя СИД и вторичного отражателя, причем через указанный экран свет излучается, в рабочем режиме, в переднем направлении лампы, при этом экран имеет внутреннюю сторону, обращенною к держателю СИД и вторичному отражателю, и наружную сторону, которая обращена в противоположном направлении от держателя СИД и вторичного отражателя.

Первичный отражатель может быть установлен на экране, при расположении на внутренней стороне экрана. Вместо этого первичный отражатель может быть образован в виде единого целого с экраном, при расположении на внутренней стороне экрана.

Внутренняя и внешняя стороны экрана могут быть плоскими. Вместо этого одна или обе стороны могут быть изогнутыми, для содействия получению хорошо сфокусированного луча света.

Лампа может дополнительно иметь кожух, образующий каркас лампы, причем кожух имеет передний конец, образующий передний конец лампы, при этом кожух образует полость, открытую в направлении переднего конца лампы, в которой расположены держатель СИД, первичный отражатель и вторичный отражатель, причем экран закрывает отверстие этой полости.

Лампа также может иметь по меньшей мере одну уплотняющую прокладку для герметизации внутренней части полости кожуха от окружающей среды.

Лампа может иметь форму головной лампы и может быть выполнена с возможностью закрепления на голове пользователя, причем каркас лампы снабжен средством крепления головной лампы на голове пользователя.

В специфическом варианте, лампа иметь форму головной шахтерской лампы может быть выполнена с возможностью закрепления на защитной каске шахтера, причем лампа удерживается на голове пользователя за счет защитной каски.

Лампа может дополнительно иметь СИД, причем СИД закреплен в держателе СИД.

В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предлагается узел лампы, причем узел лампы содержит описанную здесь выше лампу, имеющую держатель СИД, и батарею (аккумулятор), подключенную к лампе для подачи питания на СИД, закрепленный в держателе.

Узлом может быть узел головной лампы, причем такой узел содержит СИД, закрепленный в держателе СИД.

Само собой разумеется, что узел головной лампы также может иметь переключатель, оперативно подключенный к батарее и к держателю СИД, для включения и выключения питания СИД.

Батареей может быть аккумуляторная батарея (аккумулятор), например литиевая аккумуляторная батарея.

В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предлагается набор для лампы, причем набор включает в себя первичный отражатель и вторичный отражатель, при этом первичный отражатель и вторичный отражатель выполнены в соответствии с описанным здесь ранее, со ссылкой на лампу.

Набор может дополнительно содержать держатель СИД, который выполнен в соответствии с описанным здесь ранее, со ссылкой на лампу.

Набор может также содержать экран, который выполнен в соответствии с описанным здесь ранее, со ссылкой на лампу, возможно с первичным отражателем, установленным на экране или выполненным в виде единого целого с экраном.

Набор может также дополнительно содержать по меньшей мере одно уплотнительное кольцо, устанавливаемое вокруг вторичного отражателя.

По желанию набор может также содержать рассеиватель или другое подходящее аналогичное устройство для рассеяния света, излучаемого СИД в рабочем режиме.

Несмотря на то, что лампа в соответствии с настоящим изобретением описана как главным образом головная лампа, следует иметь в виду, что эта лампа также с успехом может быть использована и в других применениях, например в качестве карманного фонаря.

Указанные ранее и другие характеристики изобретения будут более ясны из последующего детального описания, данного в качестве примера, не имеющего ограничительного характера и приведенного со ссылкой на сопроводительные чертежи.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 частично схематично показано осевое сечение лампы в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг.2 схематично показана принципиальная схема, поясняющая работу лампы, показанной на фиг.1.

На фиг.3 схематично показан узел головной лампы, который содержит лампу в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг.4 схематично показана принципиальная схема, поясняющая работу другого варианта лампы в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг.5 частично схематично показано осевое сечение еще одного варианта лампы в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг.6 схематично показана принципиальная схема, поясняющая работу лампы, показанной на фиг.5.

На фиг.1 показана лампа в соответствии с настоящим изобретением, обозначенная в общем виде позицией 10. Лампа 10, в соответствии с этим примером, имеет форму головной лампы, а более конкретно, имеет форму головной шахтерской лампы, закрепляемой на защитной каске, используемой шахтерами при работе в шахте. Для упрощения описания, лампу 10 далее называют головной лампой 10.

Головная лампа 10 имеет рабочий передний конец 11 и содержит кожух (или оболочку) 12 (который на фиг.1 показан частично), а также имеет центральную оптическую ось 14, идущую в продольном направлении головной лампы 10 и кожуха 12. Кожух 12 состоит из двух частей и содержит стенку 16 (показанную на фиг.1 только частично), ограничивающую полость 18 в кожухе 12, причем полость 18 открыта в переднем направлении головной лампы 10, и запорное кольцо 19, надетое на передний конец стенки 16. Кожух 12 представляет собой обычный кожух головной лампы и поэтому здесь дополнительно не описан. Головная лампа 10 дополнительно содержит прозрачный защитный стеклянный экран 20. Экран 20 закрывает полость 18 и удерживается в заданном положении при помощи упомянутого запорного кольца 19. Экран 20 имеет внутреннюю сторону 22, обращенную в полость 18, и внешнюю сторону 24, обращенную наружу из полости 18, в переднем направлении головной лампы 10.

Головная лампа 10 дополнительно содержит в целом имеющий форму чаши или вогнутого купола вторичный отражатель 26, имеющий вогнутую вторичную отражающую поверхность 28 с эллиптическим профилем, обращенную в переднем направлении головной лампы 10. Вторичный отражатель 26 установлен, с возможностью отсоединения, на кожухе 12 в полости 18, и может быть снят за счет разъединения запорного кольца 19 от стенки 16 и затем за счет удаления экрана 20. Светоизлучающий диод (СИД) 30, имеющий основание 33, установлен на кожухе 12 в полости 18, причем СИД 30 установлен на кожухе 12 при помощи алюминиевого держателя 31, установленного на заднем конце полости 18, на кожухе 12 и введенного в центральное отверстие 32, предусмотренное во вторичном отражателе 26, при этом СИД 30 закреплен в держателе 31. Основание 33 СИД 30 имеет центр, расположенный на центральной оптической оси 14.

Головная лампа 10 дополнительно содержит первичный отражатель 34, установленный на экране 20 и расположенный на его внутренней поверхности 22. Таким образом первичный отражатель 34 расположен в полости 18. Кроме того, первичный отражатель 34 имеет вогнутую первичную отражающую поверхность 36 с эллиптическим профилем и ориентирован так, что отражающая поверхность 36 направлена в заднем направлении головной лампы 10 и обращена к СИД 30 и к вторичной отражающей поверхности 28. Первичный отражатель 34 имеет центральное отверстие 38, назначение которого описано далее.

Как первичный отражатель 34, так и вторичный отражатель 26 выполнены в виде отливок или формовок из пластика, а их соответствующие отражающие поверхности 28, 36 имеют отражающие хромовые покрытия, нанесенные на отливки или формовки. Само собой разумеется, что в других примерах могут быть использованы любые другие подходящие отражающие покрытия, например алюминиевые покрытия. Отражающие покрытия нанесены соответственно на обращенную вперед сторону вторичного отражателя 26 и на обращенную назад сторону первичного отражателя 34. В соответствии с другими вариантами (не показаны) отражатели 26, 34 могут быть изготовлены из прозрачного материала, например из пластика или стекла, и в этом случае указанные отражающие покрытия могут быть нанесены соответственно на обращенную назад, или внешнюю, сторону вторичного отражателя 26 и на обращенную вперед, или внешнюю, сторону первичного отражателя 34, при этом первичный отражатель 34 имеет конструкцию в виде оболочки, так что его указанная обращенная вперед, или внешняя, сторона имеет профиль, соответствующий профилю описанной выше первичной отражающей поверхности 36 лампы. Таким образом, в рабочем режиме, лучи света проходят через прозрачные части отражателей 26, 34 до и после отражения от них.

Как это показано на фиг.1, СИД 30 и его держатель 31 расположены на центральной оптической оси 14, причем как вторичная отражающая поверхность 28, так и первичная отражающая поверхность 36 являются концентрическими относительно центральной оптической оси 14.

Более конкретно, вторичная отражающая поверхность 28 охватывает в виде чаши СИД 30, а первичная отражающая поверхность 36 расположена напротив СИД 30.

Головная лампа 10 дополнительно содержит уплотнительное кольцо 37, которое обеспечивает уплотнение между стенкой 16 и запорным кольцом 19 кожуха 12 и внутренней стороной 22 экрана 20. Таким образом, уплотнительное кольцо 37 обеспечивает уплотнение внутреннего пространства головной лампы 10 от внешней среды.

На фиг.2 поясняется оптическая работа головной лампы 10 и показана принципиальная схема вторичной отражающей поверхности 28, СИД 30 и первичной отражающей поверхности 36. Воображаемые (мнимые, виртуальные) световые лучи, излучаемые СИД 30 и описанные далее более подробно, также показаны на фиг.2.

Когда на СИД 30 подают питание, он излучает свет главным образом в переднем направлении головной лампы 10. За счет построения СИД излучаемый свет главным образом имеет форму конуса света. Для пояснения на фиг.2 показаны три воображаемых световых луча, которые соответственно обозначены как А, В и С. Несмотря на то, что это и не показано, следует иметь в виду, что часть света, излучаемого СИД 30, проходит через центральное отверстие 38 в первичном отражателе 34 и через экран 20 (на фиг.2 не показан). Световые лучи А, В и С соударяются с первичной отражающей поверхностью 36 и отражаются через фокальную точку N (которая является общей фокальной точкой как первичной отражающей поверхности 36, так и вторичной отражающей поверхности 28) назад в направлении вторичной отражающей поверхности 28. Отражающие поверхности 28, 36 имеют такую форму, что каждая из них имеет фокальную точку, причем отражатели 26, 34 установлены с промежутком друг от друга так, что фокальные точки отражающих поверхностей 28, 36 совпадают (как уже было упомянуто здесь выше) и расположены в указанной точке N на центральной оптической оси 14. Лучи А, В и С после отражения (при помощи первичной отражающей поверхности 36) обозначены соответственно как А', В' и С'. Отраженные лучи А', В' и С' затем отражаются и направляются, при помощи вторичной отражающей поверхности 28, в переднем направлении головной лампы 10 и через экран 20; указанные отраженные и направленные световые лучи обозначены соответственно как А”, В” и С”. За счет того, что лучи А', В' и С' в большей или меньшей степени проходят через фокальную точку N, как это обсуждается далее более подробно, лучи А”, В” и С” будут в большей или меньшей степени коллимированы и будут в большей или меньшей степени параллельны центральной оптической оси 14.

В частности, излучаемый световой луч А проецируется на первичную отражающую поверхность 36, в положение D на первичной отражающей поверхности 36, откуда он отражается как луч А', через фокальную точку N, назад, в положение Е на вторичной отражающей поверхности 28. Вторичная отражающая поверхность 28 затем отражает и направляет световой луч А как луч А” в направлении положения F напротив головной лампы 10. Световой луч В, в свою очередь, проецируется, под меньшим углом относительно центральной оптической оси 14, чем световой луч А, на первичную отражающую поверхность 36, в положение G, откуда он отражается как луч В' через фокальную точку N, назад, в положение Н на вторичной отражающей поверхности 28. Вторичная отражающая поверхность 28 затем отражает и направляет световой луч как луч В”, в направлении положения J напротив головной лампы 10. Световой луч С, в свою очередь, проецируется, под меньшим углом относительно центральной оптической оси 14, чем луч В, на первичную отражающую поверхность 36, в положение K, откуда он отражается как луч С' через фокальную точку N, назад, в положение L на вторичной отражающей поверхности. Вторичная отражающая поверхность 28 затем отражает и направляет световой луч С как луч С”, в направлении положения М напротив головной лампы 10.

Как это показано на фиг.2 и было описано здесь выше, отраженные лучи А', В' и С' в большей или меньшей степени проходят через фокальную точку N, причем указанная фокальная точка расположена между первичной отражающей поверхностью 36 и СИД 30, при этом фокальная точка N расположена напротив СИД 30. Отраженный свет, когда он проходит через фокальную точку N, образует в точке N единственный виртуальный (мнимый, воображаемый) точечный источник света, который излучает свет на вторичную отражающую поверхность 28.

Таким образом, за счет специфической конструкции и выбора относительного положения вторичной отражающей поверхности 28, СИД 30 и первичной отражающей поверхности 36, в большей или меньшей степени концентрированный или сфокусированный (коллимированный) световой луч излучается головной лампой 10, в переднем направлении головной лампы 10, как это показано при помощи мнимых лучей А”, В” и С”.

Размер первичного отражателя 34 и расстояние от него до СИД 30 выбирают так, что относительно малая часть света, излучаемого СИД 30, в отличие от части излучаемого света, отраженной первичной отражающей поверхностью 36, проходит вокруг первичного отражателя 34, то есть без отражения первичной отражающей поверхностью 36. Указанная относительно малая часть света излучается в переднем направлении головной лампы 10 под относительно широким (большим) углом относительно центральной оптической оси 14 и образует зону периферийного света с относительно малой силой света, окружающую концентрированный или сфокусированный световой луч. По желанию головная лампа 10 может также иметь рассеивающие линзы (не показаны), установленные на экране 20 напротив центрального отверстия 38 первичного отражателя 34, для рассеивания части излучаемого света, проходящего через центральное отверстие 38. Рассеивающие линзы следует конструировать и ориентировать так, чтобы рассеивать указанную часть света, проходящего через отверстие 38, так чтобы по меньшей мере доля указанной рассеянной части света образовывала часть указанной зоны периферийного света, окружающей концентрированный или сфокусированный световой луч.

Как уже было упомянуто здесь выше, профили поперечного сечения вторичной отражающей поверхности 28 и первичной отражающей поверхности 36 представляют собой в целом эллиптические профили поперечного сечения, так что первичная отражающая поверхность 36 и вторичная отражающая поверхность 28 имеют общую указанную фокальную точку N. Не желая связывать себя какой-либо конкретной теорией, все же можно сказать, что в этом примере профили поперечного сечения вторичной отражающей поверхности 28 и первичной отражающей поверхности 36, относительно вершины специфической поверхности, могут быть описаны следующим выражением:

где у представляет собой радиальное расстояние от центральной оптической оси 14, с проходом через центр основания 33 СИД 30;

z представляет собой осевое расстояние, параллельное центральной оптической оси 14, от плоскости, которая содержит вершину специфической поверхности;

Rad представляет собой номинальный радиус отражающей поверхности (мм) и в данном примере имеет числовое значение -6.4 мм для первичной отражающей поверхности 36 и числовое значение 24.1 мм для вторичной отражающей поверхности 28; и

cc представляет собой коническую постоянную и в данном примере имеет числовое значение -0.28 для первичной отражающей поверхности 36 и числовое значение -0.77 для вторичной отражающей поверхности 28.

Более того, в соответствии с этим примером вторичная отражающая поверхность 28 имеет по своему ободку диаметр Р, равный 45 мм, а первичная отражающая поверхность 36 имеет диаметр Q, равный 13,6 мм. Отверстие 32 во вторичном отражателе 26, в соответствии с этим примером, имеет диаметр R, равный 12 мм, а центральное отверстие 38 первичного отражателя 34 имеет диаметр, равный 2 мм. В соответствии с этим примером экран 20 имеет толщину 4 мм, а расстояние S между основанием вторичной отражающей поверхности 28 и основанием первичной отражающей поверхности 36 составляет 15,5 мм, причем основание 33 СИД 30 смещено на расстояние Т, составляющее 12,8 мм от внутренней стороны 22 экрана 20, и на 3,7 мм от основания вторичной отражающей поверхности 28.

СИД 30, в соответствии с этим примером, представляет собой СИД марки LXHL-PW01.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг.3, на которой показан узел головной лампы в соответствии с настоящим изобретением, который обозначен в общем виде позицией 50. При использовании в шахте узел 50 головной лампы образует узел шахтерской головной лампы. Узел 50 головной лампы содержит головную лампу 10, соответствующую описанной здесь выше лампе, и литиевый аккумулятор 52 (показанный только схематично) для питания СИД 30 головной лампы 10. Электрический шнур 54 соединяет аккумулятор 52 с СИД 30. Кроме того, в соответствии с обычной конструкцией головной лампы или шахтерской головной лампы узел 50 головной лампы также имеет переключатель 56 (показанный только схематично) для включения и выключения питания, подаваемого от аккумулятора 52 на СИД 30. Более того, кожух 12 головной лампы 10 снабжен обычным средством крепления 58 (показанным только схематично), предназначенным для крепления шахтерской головной лампы 10 к защитной каске (не показана).

Аккумулятор 52 снабжен скобой или крючком 60 58 (показанным только схематично), предназначенным для его зацепления на ремне пользователя (шахтера) узла 50 головной лампы.

При доводке устройства аккумулятор 52 может быть встроен в головную лампу 10, установлен на кожухе 12, например, в полости 18 или снаружи от полости 18. Вместо этого аккумулятор 52 может быть закреплен на каске шахтера, на которой в рабочем режиме закрепляют головную лампу 10, и даже может быть встроен в такую каску. В таких случаях электрический шнур 54 может быть заменен питающим проводом или контактом.

На фиг.4 поясняется оптическая работа другого варианта лампы в соответствии с настоящим изобретением и показана принципиальная схема вторичной отражающей поверхности 28, СИД 30 и первичной отражающей поверхности 36 (для упрощения позиции на фиг.4 соответствуют позициям на фиг.2). Части лампы, показанные на фиг.4, обозначены в общем виде позицией 70, и для упрощения указанный другой вариант лампы далее называют лампой 70. Воображаемые световые лучи, излучаемый СИД 30 и описанные далее более подробно, также показаны на фиг.4.

Первичный отражатель 34 лампы 70 имеет выпуклый куполовидный профиль, ориентированный так, что его первичная отражающая поверхность 36, которая в соответствии с этим примером имеет эллиптический профиль поперечного сечения, обращена в заднем направлении лампы 70, то есть в направлении СИД 30 и вторичного отражателя 26. Более того, кривизна вторичного отражателя 26 и смещение первичного отражателя 34 относительно вторичного отражателя 26 выбраны так, что общая фокальная точка, также обозначенная N, отражающих поверхностей 28, 36 была расположена напротив первичного отражателя 34, то есть с другой стороны первичного отражателя 34, чем СИД 30 и вторичный отражатель 26.

В соответствии с этим вариантом свет, излучаемый СИД 30, перехватывается первичным отражателем 34 ранее достижения общей фокальной точки N. Световой луч А, излучаемый СИД 30, соударяется с первичной отражающей поверхностью 36 ранее достижения фокальной точки N, в точке D на первичной отражающей поверхности 36. Первичная отражающая поверхность 36 отражает световой луч А в направлении точки Е на вторичной отражающей поверхности 28, причем указанный отраженный световой луч обозначен как луч А'. За счет специфической кривизны двух отражателей 26, 34 и их относительного расположения световой луч А' будет идти в направлении удаления от фокальной точки N, без прохождения через фокальную точку N, в направлении точки Е на вторичной отражающей поверхности 28. После отражения от вторичной отражающей поверхности 28 луч А” будет идти в направлении точки F напротив лампы 70. Можно видеть, что световой луч А”, после выхода из лампы 70, будет идти более или менее параллельно центральной оптической оси 14.

Кроме описанных различий между головной лампой 10 и лампой 70, лампа 70 будет работать аналогично головной лампе 10, поэтому лампа 70 дополнительно не описана.

На фиг.5 показан еще один вариант лампы в соответствии с настоящим изобретением, причем лампа, показанная на фиг 5, обозначена в общем виде позицией 80. Лампа 80 также имеет форму головной лампы. Лампа 80 в некоторых отношениях похожа на головную лампу 10, и, если специально не указано, аналогичные или идентичные элементы лампы 80 имеют одинаковые позиционные обозначения с головной лампой 10.

В примере, показанном на фиг.5 (со ссылкой на приведенное выше выражение, описывающее профили поперечного сечения отражателей 26, 34), Rad имеет числовое значение -7.439 мм для первичной отражающей поверхности 36 и числовое значение 22.333 мм для вторичной отражающей поверхности 28. Коническая постоянная сс в данном примере имеет числовое значение -0.171 для первичной отражающей поверхности 36 и числовое значение -0.973 для вторичной отражающей поверхности 28.

Вторичный отражатель 26 лампы 80 имеет такую форму, что он образует, в дополнение ко вторичной отражающей поверхности 28, также первую и вторую третичные отражающие поверхности, обозначенные соответственно позициями 82 и 84. Первая третичная отражающая поверхность 82 обрамляет центральное отверстие 32 вторичного отражателя 26, а вторая третичная отражающая поверхность 84 обрамляет вторичную отражающую поверхность 28. Таким образом вторичная отражающая поверхность 28 будет расположена радиально между первой и второй третичными отражающими поверхностями 82, 84.

Третичная отражающая поверхность 82 имеет выпуклый куполовидный или ориентировочно конический профиль, а третичная отражающая поверхность 84 имеет выпуклый куполовидный профиль, причем обе эти поверхности, аналогично вторичной отражающей поверхности 28, расположены концентрически относительно центральной оптической оси 14.

В соответствии с этим вариантом лампа 80 содержит две уплотнительные прокладки, предназначенные для уплотнения полости 18 лампы 80 от окружающей среды. Одна из этих прокладок имеет форму уплотнительного кольца 86, расположенного между передним концом стенки 16 и вторичным отражателем 26, причем вторичный отражатель 26 имеет канавку, в которую входит уплотнительное кольцо 86. Другая прокладка также имеет форму уплотнительного кольца, обозначенного позицией 88, которая введена в периферийную канавку, предусмотренную во вторичном отражателе 26, причем уплотнительное кольцо 88 зажато между отражателем 26 и внутренней стороной 22 экрана 20.

В соответствии с этим вариантом внешняя сторона 24 экрана 20 является немного выпуклой, чтобы содействовать фокусировке света, излучаемого СИД 30.

Более того, в соответствии с этим вариантом отверстие 38 первичного отражателя 34 имеет несколько больший диаметр, чем диаметр первичного отражателя 34 головной лампы 10. Первичный отражатель 34 лампы 80 также отличается от первичного отражателя 34 головной лампы 10 тем, что он имеет такую форму, что оперативно задняя часть первичной отражающей поверхности 36, то есть часть отражающей поверхности 36, ближайшая к СИД 30, является круговой конической, близкой к цилиндрической.

Кроме указанных здесь выше отличий конструкция лампы 80 более или менее близка к конструкции головной лампы 10 и поэтому конструкция лампы 80 здесь дополнительно не описана.

На фиг.6 поясняется оптическая работа лампы 80 и показана принципиальная схема вторичной отражающей поверхности 28, СИД 30 и первичной отражающей поверхности 36 лампы 80. Воображаемые световые лучи, излучаемые СИД 30 и описанные далее более подробно, также показаны на фиг.6.

Для пояснения на фиг.6 показаны шесть мнимых световых лучей О, Р, Q, R, S и Т. Несмотря на то, что это не показано на фиг.6, следует иметь в виду, что часть света, излучаемого СИД 30, проходит вдоль центральной оптической оси 14, через центральное отверстие 38 первичного отражателя 34 в переднем направлении лампы 80 и образует часть концентрированного или сфокусированного светового луча, создаваемого лампой 80 в рабочем режиме.

Световой луч О, излучаемый при относительно широком угле (большом угле с центральной оптической осью) из СИД 30, соударяется со второй третичной отражающей поверхностью 84, от которой луч О' отражается с пересечением центральной оптической оси 14 и образует часть зоны периферийного света, окружающую концентрированный или сфокусированный световой луч лампы 80. Световой луч Р, излучаемый из СИД 30 при относительно меньшем угле с центральной оптической осью 14, чем световой луч О, соударяется с указанной круговой конической, близкой к цилиндрической первичной отражающей поверхностью 36, от которой он отражается как луч Р' через центральное отверстие 38 первичного отражателя 34. При этом отраженный световой луч Р' образует часть вышеупомянутой зоны периферийного света. Световой луч Q, излучаемый из СИД 30 при относительно меньшем угле с центральной оптической осью 14, чем световой луч Р, соударяется с куполовидной частью первичной отражающей поверхности 36, от которой он отражается как луч Q', в заднем направлении, на вторичную отражающую поверхность 28 и проходит через общую фокальную точку N. Световой луч Q' затем отражается как луч Q” от вторичной отражающей поверхности 28 в переднем направлении лампы, параллельно центральной оптической оси 14. Указанный луч Q”, отраженный вторичной отражающей поверхностью 28, образует часть вышеупомянутого концентрированного или сфокусированного светового луча лампы 80. Световой луч R, излучаемый из СИД 30 при относительно меньшем угле с центральной оптической осью 14, чем световой луч Q, соударяется с первичной отражающей поверхностью 36 в положении поблизости от центрального отверстия 38 первичного отражателя 34. Световой луч R', отраженный первичной отражающей поверхностью 34, отражается назад в направлении первой третичной отражающей поверхности 82, от которой он отражается как луч R” на вторичную отражающую поверхность 28. Вторичная отражающая поверхность 28 отражает световой луч R'” под относительно большим углом к центральной оптической оси 14, в переднем направлении лампы 80. Таким образом, световой луч R'”, полученный из луча R после указанных отражений, образует часть зоны периферийного света. Световой луч S, в свою очередь, излучается из СИД 30 при достаточно малом угле с центральной оптической осью 14, так что он проходит через центральное отверстие 38 первичного отражателя 34 без отражения. Таким образом световой луч S также образует часть вышеупомянутой зоны периферийного света. Наконец, световой луч Т излучается из СИД 30 при относительно большем угле с центральной оптической осью 14, чем световой луч О, причем этот угол таков, что световой луч Т соударяется с первой третичной отражающей поверхностью 82 в непосредственной близости от отверстия 32 вторичного отражателя 26. Первая третичная отражающая поверхность 82 затем отражает световой луч Т как луч Т' в переднем направлении лампы 80. Угол отраженного светового луча Т' относительно центральной оптической оси 14 таков, что световой луч Т' проходит без отражения через центральное отверстие 38 первичного отражателя 34, так что он пересекает центральную оптическую ось 14 и образует часть зоны периферийного света. Само собой разумеется, что вышеупомянутое отражение каждого из мнимых световых лучей связано, за счет формы и относительного расположения отражающих поверхностей, с одновременным направлением лучей, в результате чего получают (сфокусированный) луч и окружающую его зону периферийного света.

За счет особой конструкции и специфического относительного расположения отражателей 26, 34 большая часть света, излучаемого СИД 30, соударяется с куполовидной частью первичной отражающей поверхности 36 и идет в основном по пути светового луча Q, то есть проходит через фокальную точку N и образует концентрированный или сфокусированный световой луч. Таким образом, концентрированный или сфокусированный световой луч будет иметь относительно высокую силу света по сравнению с силой света зоны периферийного света, окружающей его, так что периферийная зона будет иметь относительно низкую силу света.

Световые лучи S и Т, по той причине, что они выходят из переднего конца лампы 80 под небольшим углом к центральной оптической оси 14, образуют периферийную зону со средней силой света, окружающую концентрированный или сфокусированный световой луч. В свою очередь световые лучи О, Р и R, по той причине, что они выходят из переднего конца лампы 80 под значительным углом к центральной оптической оси 14, образуют периферийную зону с относительно низкой силой света, окружающую вышеупомянутую периферийную зону со средней силой света.

Таким образом, в соответствии с настоящим изобретением предлагается головная лампа, в которой используют СИД в качестве источника света, и которая испускает более или менее концентрированный или сфокусированный световой луч с относительно высокой силой света, и имеет периферийную зону с относительно низкой силой света, окружающую концентрированный или сфокусированный световой луч.

Преимуществом настоящего изобретения является относительно эффективное фокусирование света, излучаемого СИД, за счет чего можно использовать аккумулятор меньшей мощности и, следовательно, более легкий аккумулятор, чем в случае использования аккумулятора для питания источника света головной лампы с менее эффективным построением, без нежелательного сокращения интервалов перезарядки аккумулятора.

Изобретение относится к созданию лампы с использованием светоизлучающего диода (СИД) в качестве источника света. Заявлена лампа, в которой в качестве источника света использован светоизлучающий диод (СИД). Лампа имеет каркас и установленный на каркасе держатель СИД, служащий для закрепления СИД. Первичный отражатель, имеющий первичную отражающую поверхность для отражения по меньшей мере части света, излучаемого СИД, установленный на каркасе, расположен на пути прохождения света, излучаемого СИД. Вторичный отражатель, который также установлен на каркасе, расположен относительно первичного отражателя таким образом, что свет, отраженный первичным отражателем, отражается в направлении вторичного отражателя. Вторичный отражатель имеет по меньшей мере одну вторичную отражающую поверхность, форма которой выбрана так, чтобы отражать от нее свет в переднем направлении лампы и фокусировать указанный свет в главным образом сфокусированный луч. Также предлагается способ фокусировки света, излучаемого СИД. Технический результат - расширение арсенала технических средств. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ фокусировки света, излучаемого светоизлучающим диодом (СИД), включающий в себя отражение, по меньшей мере, части света, излучаемого СИД, таким образом, что отраженный свет излучается в направлении удаления из фокальной точки, и, после того, как свет был отражен, фокусировку, по меньшей мере, части отраженного излучаемого света в луч, за счет отражения света еще раз, чтобы направить его в луч, при этом указанное отражение и направление указанной части света, излучаемой СИД, в направлении удаления из фокальной точки и в луч осуществляют при помощи пары отражающих поверхностей, первичной и вторичной,
причем первичная отражающая поверхность является вогнутой и имеет эллиптический профиль, при этом каждая из отражающих поверхностей образована так, что имеет фокальную точку;
причем отражающие поверхности имеют такое относительное совмещение и расположение, что их фокальные точки совпадают и образуют указанную фокальную точку, из которой испускается отраженный свет;
отражение указанной части света, излучаемого СИД, осуществляют при помощи первичной отражающей поверхности;
фокусировку указанной части света, после ее излучения в направлении удаления из фокальной точки, производят с использованием вторичной отражающей поверхности;
причем фокальные точки первичной и вторичной отражающих поверхностей, которые совпадают, расположены между первичной и вторичной отражающей поверхностью и напротив СИД.

2. Способ по п.1, в котором направление указанной части света, излучаемого СИД, так, чтобы она излучалась в направлении удаления из фокальной точки, производят за счет пропускания указанной части света через фокальную точку, в направлении удаления из которой она излучается в направлении вторичной отражающей поверхности.

3. Лампа, содержащая:
каркас;
держатель светоизлучающего диода (СИД), установленный на каркасе для крепления СИД;
первичный отражатель, установленный на каркасе и расположенный на пути прохождения света, излучаемого СИД, закрепленным в держателе, причем первичный отражатель имеет первичную отражающую поверхность, которая имеет эллиптический профиль, предназначенную для отражения, по меньшей мере, части излучаемого света;
вторичный отражатель, установленный на каркасе и расположенный относительно первичного отражателя таким образом, что свет, отраженный первичным отражателем, в рабочем режиме, отражается на вторичный отражатель, причем вторичный отражатель имеет вторичную отражающую поверхность, при этом вторичная отражающая поверхность имеет форму, позволяющую отражать от нее свет в переднем направлении лампы и фокусировать указанный свет в главным образом сфокусированный луч, причем лампа имеет центральную оптическую ось, идущую в продольном направлении лампы, держатель СИД, расположенный так, что СИД закреплен в нем в рабочем режиме так, что он расположен на центральной оптической оси, причем первичная отражающая поверхность и вторичная отражающая поверхность являются концентрическими относительно центральной оптической оси,
причем первичный отражатель и вторичный отражатель имеют такую форму, что первичная и вторичная отражающие поверхности имеют в целом куполовидные профили, причем как первичная отражающая поверхность, так и вторичная отражающая поверхность имеют фокальную точку, при этом первичный отражатель и вторичный отражатель имеют такое относительное расположение, что фокальные точки первичной отражающей поверхности и вторичной отражающей поверхности совпадают, при расположении на центральной оптической оси, причем первичная отражающая поверхность имеет вогнутый куполовидный профиль, обращенный в заднем направлении лампы, в направлении вторичного отражателя и держателя СИД, при этом первичный отражатель и вторичный отражатель имеют такое относительное расположение, что фокальные точки первичной и вторичной отражающих поверхностей, которые совпадают, расположены между первичной и вторичной отражающими поверхностями и напротив СИД, закрепленного в держателе СИД.

4. Лампа по п.3, в которой вторичный отражатель имеет, по меньшей мере, одну третичную отражающую поверхность, причем третичная отражающая поверхность является концентрической относительно центральной оптической оси и имеет в целом выпуклый профиль, что позволяет отражать часть света, излучаемого СИД, закрепленным в держателе СИД, в переднем направлении лампы, для формирования зоны периферийного света, окружающей указанный сфокусированный луч.

5. Лампа по п.4, в которой вторичный отражатель имеет две третичные отражающие поверхности, причем одна третичная отражающая поверхность обрамляет отверстие вторичного отражателя, а другая третичная отражающая поверхность обрамляет вторичную отражающую поверхность, так что вторичная отражающая поверхность расположена радиально между двумя третичными отражающими поверхностями.

6. Лампа по п.3, которая дополнительно содержит прозрачный экран, расположенный на переднем конце лампы, напротив держателя СИД, причем через указанный экран, в рабочем режиме, излучается свет в переднем направлении лампы, при этом экран имеет внутреннюю сторону, которая обращена к держателю СИД и вторичному отражателю, и внешнюю сторону, которая обращена в направлении удаления от держателя СИД и вторичного отражателя, при этом первичный отражатель, который установлен на экране, расположен на внутренней стороне экрана.

7. Лампа по п.6, в которой первичный отражатель, выполненный в виде единого целого с экраном, расположен на внутренней стороне экрана.

8. Лампа по п.3, которая представляет собой головную лампу и предназначена для крепления на голове пользователя, причем каркас лампы снабжен средством крепления головной лампы на голове пользователя.

9. Лампа по п.8, которая представляет собой головную шахтерскую лампу и предназначена для крепления на защитной каске шахтера, причем указанная лампа закреплена на голове пользователя при помощи защитной каски.