ОСВЕТИТЕЛЬНЫЙ БЛОК И ФОНАРЬ ДЛЯ ОСВЕЩЕНИЯ ДОРОГ И/ИЛИ УЛИЦ Российский патент 2014 года по МПК F21S8/00 F21S8/08 F21V14/00 F21V23/04 F21K99/00 H05B33/08 F21W111/02 F21W131/103 F21Y101/02 

Данное изобретение относится к осветительному блоку и фонарю, используемым для освещения улиц и/или дорог.

В частности, данное изобретение направлено на создание осветительного блока, обеспечивающего возможность настройки распределения света в продольном направлении дороги.

Как обычно бывает с фонарями для освещения улиц и/или дорог в городских районах, известные уличные осветительные фонари устанавливаются на столбе или на передней поверхности стены, при этом плоскость симметрии фонаря направлена перпендикулярно продольному направлению освещаемой улицы или дороги. Тогда фонарь должен отбрасывать генерируемый свет в сторону от плоскости симметрии так, чтобы равномерно освещать части улицы и дороги слева и справа от фонаря. Кроме того, часть света также испускается вдоль плоскости симметрии, чтобы освещать также всю ширину улицы или дороги перед фонарем.

При разработке фонаря для освещения улиц приходится удовлетворять различные потребности. Прежде всего, желательна быстрая и эффективная установка фонарей. Далее, требуются высокий коэффициент использования и высокая эффективность с одновременным поддержанием как можно более низкого значения ослепленности. Как и во всех применениях освещения, должен быть получен надлежащий уровень видимости и минимизирован вклад в сияние неба.

Из предшествующего уровня техники известны разные решения для дорожных осветительных фонарей, которые обычно подразделяются на два основных семейства.

Обычные дорожные осветительные фонари, как правило, оснащены одной лампой и соответствующей системой отражателя, причем эта система отражателя спроектирована для оказания влияния на свет таким образом, что получается желаемое распределение света.

Кроме того, известны дорожные осветительные фонари, которые содержат множество светоизлучающих устройств, в частности светоизлучающих диодов (СИД). В этом случае СИД скомпонованы в весьма специфичной структуре, в которой каждый СИД излучает свет в заданном направлении. В обоих случаях известные фонари отстоят друг от друга на одинаковые расстояния на одной обочине или обеих обочинах дороги.

Вышеупомянутые обычные фонари в большинстве случаев содержат натриевую газоразрядную лампу высокого давления или металлогалоидную газоразрядную лампу, у которой излучаемый горящим элементом свет регулируется отражателем для получения желаемого освещения улиц. Известно настраивание распределения света для различных желаемых схем освещения (т.е. заданного расстояния между фонарями или заданной ширины дороги) посредством изменения положения лампы относительно отражателя. Однако диапазон, в котором распределение света может быть настроено таким образом, ограничен, а также коэффициент использования таких обычных фонарей ограничивается значением 0,45-0,5. Чтобы получить значительное изменение в характеристике распределения света этих фонарей, понадобилось бы изменить отражатель или использовать дополнительные оптические элементы, которые влияют на излучаемый свет.

Относительно второго основного семейства, в котором фонарь основан на множестве светоизлучающих устройств, предложены различные подходы. В соответствии с первым решением, предусмотрено несколько источников света с разными наклонами и ориентациями для получения комбинированного распределения света, подходящего для освещения дорог. Однако этот подход имеет тенденцию к повышению сложности системы, и трудно получить ограничение ослепляемости. При другом подходе все источники света скомпонованы на одной и той же плоской поверхности, а прожектор фонаря наклонен на относительно большой угол (приблизительно от 20° до 30°), чтобы получить асимметричное поперечное распределение света, которое требуется для освещения также противоположной обочины дороги.

Вместе с тем все решения, известные из предшествующего уровня техники, имеют недостаток, заключающийся в том, что очень сложно и трудно настраивать характеристики распределения света фонаря. Значительное изменение распределения света можно получить только путем изменения компоновки источников света или использования множества разных оптических элементов.

Данное изобретение, в частности, решает задачу настройки распределения света в продольном направлении дороги или улицы. Характеристику распределения света фонарей, расположенных на обочине дороги, необходимо настраивать таким образом, что получается равномерное распределение света по всей длине дороги. Поэтому необходимо гарантировать, что часть света излучается в обе стороны от фонаря в пределах заданного диапазона. Характеристика распределения света должна учитывать не только высоту уличных осветительных фонарей, но и расстояние между двумя соседними фонарями, характеристики дороги (например, ширину дороги) и стандарты освещения, которые должны быть соблюдены. Во время проектирования системы уличного освещения выбирают специальные оптические приборы, которые позже используются при сборке фонарей, причем эти оптические приборы обеспечивают желаемое распределение света. Поэтому в таком случае необходимо обеспечить разные комбинации отражателей и/или линз, чтобы гарантировать, что можно получить равномерное освещение дороги. Очевидно, что это решение является сложным и требует хранения множества разных оптических компонентов.

Кроме того, даже после окончательной установки системы уличного освещения могут возникать ситуации, в которых желательна настройка распределения света. Например, если изменяются погодные условия или отражательная способность дороги, то было бы желательно повлиять на распределение света, чтобы получить лучшее освещение. При наличии обычной системы, известной из вышеуказанного предшествующего уровня техники, такая настройка распределения света во время работы системы практически невозможна.

Как пояснялось выше, в предшествующем уровне техники известны и другие решения, в соответствии с которыми уличный осветительный фонарь содержит множество отдельных источников света, в частности СИД, причем упомянутые СИД направлены в конкретных направлениях, чтобы индивидуально освещать некоторую площадь вокруг фонаря. Совокупное распределение света фонаря можно в таком случае откорректировать посредством выбора лишь части СИД, которые являются активными. Однако это решение требует сложной системы управления и демонстрирует низкую эффективность, поскольку фактически используется лишь некоторая доля имеющихся источников света.

Поэтому задача данного изобретения заключается в предоставлении нового решения, которое обеспечивает быструю и эффективную настройку распределения света уличного осветительного фонаря.

Эта задача решается посредством осветительного блока, охарактеризованного в независимом пункте 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления данного изобретения являются предметами зависимых пунктов формулы изобретения.

Предлагаемое решение основано на идее разработки осветительного блока, имеющего по меньшей мере два источника света или две группы источников света, причем каждый из упомянутых источников света или каждая из упомянутых групп источников света имеет индивидуальную характеристику распределения света. Тогда совокупное распределение света настраивается посредством изменения соотношения светоотдач источников света или групп источников света таким образом, что смешанный свет, излучаемый обоими источниками света или обеими группами источников света, объединяется с достижением желаемого распределения.

Соответственно, предложен осветительный блок для использования в фонаре, в частности, фонаре для освещения дорог и/или улиц, причем упомянутый осветительный блок имеет настраиваемое распределение света. Осветительный блок содержит по меньшей мере два источника света или две группы источников света, при этом каждый из упомянутых источников света или каждая из упомянутых групп источников света имеет индивидуальную характеристику распределения света, причем распределение света осветительного блока настраивается посредством изменения соотношения светоотдач упомянутых по меньшей мере двух источников света или двух групп источников света.

В соответствии с дополнительным аспектом данного изобретения предложен способ настройки распределения света фонаря, в частности фонаря, используемого для освещения дорог и/или улиц, причем фонарь содержит по меньшей мере два источника света или две группы источников света, при этом каждый из упомянутых источников света или каждая из упомянутых групп источников света имеет индивидуальную характеристику распределения света и при этом совокупное распределение света фонаря настраивают посредством изменения соотношения светоотдач упомянутых по меньшей мере двух источников света или групп источников света.

Значительное преимущество данного изобретения заключается в том, что предлагаемое решение также позволяет настраивать распределение света во время работы системы. В случае изменения погоды и/или отражательной способности дороги, настройку этого распределения можно провести сразу же. Настройку распределения света предпочтительно проводят автоматически посредством встроенного в фонарь блока управления, который либо принимает внешние сигналы управления, либо соединен с датчиком, выдающим информацию о дорожных и/или погодных условиях.

Данное изобретение также обеспечивает возможность расположения всех источников света на плоской поверхности. Таким образом, упрощается геометрия фонаря и его технологичность.

Предпочтительно, в качестве источников света используются СИД. В этом случае каждая группа источников света содержит множество СИД, а соотношение светоотдач групп источников света можно изменять посредством выбора суммарного числа активированных СИД в каждой группе. Более предпочтительно, изменение соотношения светоотдач, а значит - и распределения света, получают посредством изменения прямого тока, подаваемого на СИД, или еще и сигнала, подвергнутого широтно-импульсной модуляции (ШИМ), используемого для возбуждения СИД. Каждый источник света или каждая группа источников света может быть снабжен(а) оптическим элементом, приспособленным для распределения света соответствующего источника света или соответствующей группы источников света в соответствии с индивидуальным распределением света. В частности, может оказаться достаточным предусмотреть два источника света, при этом первый имеет распределение света для освещения участка дороги или улицы под фонарем, а второй приспособлен для направления света на участки дороги или улицы, удаленные от фонаря. Тогда можно объединять свет этих двух источников света, получая желаемое распределение света.

Ниже приводится более подробное пояснение данного изобретения и предпочтительных вариантов его осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи. На этих чертежах:

фиг. 1 и 2 схематически изображают задачу, лежащую в основе данного изобретения;

фиг. 3 и 4 изображают виды согласно варианту осуществления уличного осветительного фонаря в соответствии с данным изобретением;

фиг. 5а и 5b изображают распределения света для двух разных источников света;

фиг. 6a-6c изображают эффект коррекции соотношения светоотдач двух источников света согласно фиг. 5а и 5b.

Фиг. 1 и 2 схематически изображают ситуацию, при которой уличные осветительные фонари 100 расположены через одинаковый интервал на обочине дороги. В данном случае фонари 100 расположены на расстоянии 30 м и поэтому в продольном направлении дороги, т.е. в плоскости C₀-C₁₈₀, требуется специфическое распределение светоотдачи, как показано на правой стороне фиг. 1.

Если теперь расстояние между двумя фонарями 100 уменьшают, как показано на фиг. 2, приходится также настраивать распределение света для формирования более узкого распределения света, как показано на фиг. 2, чтобы опять гарантировать равномерную освещенность дороги по всей длине. Если бы в этом случае использовались фонари с распределением света, показанным на фиг. 1, то флуктуации освещенности по длине дороги привели бы к плохой видимости препятствий для водителей, едущих по этой дороге.

Хотя эта ситуация не показана на чертежах, в случае коррекции высоты фонарей во время проектирования освещения также потребовалась бы настройка распределения света. Кроме того, ситуации, в которых желательна настройка распределения света, могут также возникать во время работы системы уличного освещения. В частности, если изменяются погодные условия (дождь, туман …), небольшая настройка светоотдачи могла бы повысить качество освещения и обеспечить более хорошее распределение освещенности на дороге. Изменение дорожных условий из-за дождя, снега или иных явлений (например, старения или замены асфальта или обновления дорожного покрытия) также может потребовать настройку светоотдачи.

Данное изобретение теперь предоставляет весьма эффективное и элегантное решение, позволяющие решить вышеупомянутые проблемы. Это решение основано на идее обеспечения осветительного блока, имеющего два разных источника света с разными характеристиками распределения света, при этом интенсивность источников света корректируется таким образом, что получается совокупное распределение света, которое соответствует желаемому распределению.

Фиг. 3 и 4 изображают вариант осуществления уличного осветительного фонаря, который содержит осветительный блок, выполненный с возможностью настройки распределения, как пояснено выше. Как показано на фиг. 3 и 4, фонарь 1 содержит прожектор 2, расположенный наверху столба 3. Альтернативно, можно было бы также установить прожектор 2 непосредственно на вертикальной стене. Прожектор 2 предпочтительно проходит горизонтально. Вместе с тем можно было бы также использовать наклонную компоновку, при которой прожектор 2 расположен под острым углом примерно от 0° до 15° относительно горизонтали.

В данном варианте осуществления, показанном на чертежах, прожектор содержит круглый корпус 4, вмещающий осветительный блок 10 по изобретению, который будет подробнее пояснен ниже. Вместе с тем для прожектора 2 можно было бы использовать и другие формы. Нижний проем корпуса 4 закрыт прозрачной пластиной 5 во избежание попадания пыли или влаги вовнутрь прожектора 2.

На фиг. 4 подробнее показан прожектор 2 фонаря 1, включающего в себя осветительный блок 10 по изобретению. Осветительный блок 10 в иллюстрируемом варианте содержит два источника 11 и 12 света, при этом каждый источник 11, 12 света содержит множество СИД 13. Каждый источник света дополнительно содержит линзу 14, 15, которая управляет испусканием света, излучаемого соответствующей группой СИД 13. Линзы 14, 15, прежде всего, обеспечивают распределение света с поперечной асимметрией, предпочтительно - с одинаковой поперечной асимметрией, чтобы гарантировать, что дорогу перед фонарем можно освещать с высокой интенсивностью при одновременном освещении также по обе стороны от фонаря с меньшей интенсивностью.

Вместе с тем линзы 14, 15 имеют также разные продольные распределения, при этом линза 14 первого источника 11 света приспособлена для направления света, излучаемого соответствующими СИД 13, прямо под фонарь 1. Поэтому первый источник 11 света имеет распределение света, позволяющее освещать участок дороги или улицы под фонарем. С другой стороны, линза 15 второго источника 12 света приспособлена для распределения света главным образом вбок, т.е. в продольном направлении дороги, и поэтому второй источник 12 света имеет распределение света с другим продольным распределением.

Хотя в данном варианте осуществления каждый источник 11, 12 света имеет единственную линзу 14, 15, накрывающую все СИД 13 соответствующего источника 11, 12 света, каждый одиночный СИД 13 также может иметь свой собственный оптический элемент. В этом случае все СИД 13 с оптическим элементом, обеспечивающим узкое продольное распределение света, образуют первый источник света, а СИД 13 с оптическими элементами, обеспечивающими широкое распределение света, представляют собой второй источник света. Кроме того, чтобы предусмотреть источники света с разными характеристиками излучения света в продольном направлении, можно было бы также использовать отражатели.

Фиг. 5а и 5b изображают примерное распределение света для двух разных источников света. Из этих чертежей можно легко заметить, что на фиг. 5а представлено распределение для источника света, приспособленного для излучения света вбок, а на фиг. 5b показано распределение для источника света, приспособленного для направления света в область под фонарем.

Во время работы фонаря будут активироваться источники света обоих типов. Вместе с тем в зависимости от соотношения интенсивностей обоих источников света получается разное совокупное распределение света в продольном направлении. Это можно заметить на фиг. 6a-6c, которые изображают комбинированные распределения света для трех различных соотношений, при этом начиная с фиг. 6a доля источника света согласно фиг. 5a постепенно уменьшается, а интенсивность источника света согласно фиг. 5b при этом увеличивается. Как показано на рассматриваемых чертежах, это изменение соотношения приводит к более узкому совокупному распределению света в продольном направлении, а распределение света в поперечном направлении значительно не изменяется. В данном варианте осуществления, где в качестве источников света используются СИД 13, соотношение интенсивностей обеих групп СИД можно легко изменить путем простой коррекции чисел активированных СИД 13 в каждой группе.

Альтернативно, также можно было бы изменять прямой ток, подаваемый на СИД 13 обоих разных источников 11, 12 света, чтобы настроить совокупное распределение света осветительного блока 10. Например, возможно возбуждение всех СИД 13 при 350 мА для конкретного первого распределения света, при этом второе распределение света получается возбуждением СИД при 200 мА и 500 мА соответственно. Кроме того, хорошо известно, что приглушения света СИД можно достичь посредством возбуждения СИД подвергнутым широтно-импульсной модуляции импульсным током и изменения коэффициента заполнения. Так, управляя коэффициентами заполнения, оба источника света можно также использовать для настройки совокупного продольного распределения света. В заключение отметим, что во время изготовления осветительного блока можно было бы проводить предварительную настройку, чтобы выбрать оптические средства, обеспечивающие желаемое количество света для получения, в конце концов, желаемого распределения света. Конечно, в этом случае настройка распределения света во время работы фонаря невозможна.

Предпочтительно, интенсивности обоих источников света изменяют таким образом, чтобы поддерживалось суммарное энергопотребление фонаря. Например, суммарное число активированных СИД можно поддерживать постоянным.

Из фиг. 6а-6с ясно следует, что предлагаемое в изобретении решение пригодно для настройки распределения света фонаря в зависимости от текущей ситуации. В частности, можно было бы выбрать конкретное соотношение при установке фонарей без необходимости предусматривать разные оптические элементы в зависимости от расположения фонарей или размеров дороги.

Хотя вариант осуществления, показанный на чертежах, содержит лишь два разных источника света или две разные группы источников света, очевидно, что можно было бы также увеличить число источников света. Однако эффективную настройку распределения света можно было бы также получить уже в случае использования лишь двух разных источников света.

Помимо этого можно было бы также настраивать распределение света во время работы системы. Это может понадобиться в случае изменения погодных или дорожных условий. В предпочтительном варианте фонарь приспособлен для автоматической настройки распределения света в случае, когда такая ситуация возникает. Поэтому фонарь 1 содержит блок 50 управления (схематически показанный на фиг. 3), управляющий соотношением интенсивностей разных источников света. Упомянутый блок 50 управления соединен, например, с датчиком 51, предоставляющим информацию о текущей метеорологической ситуации. Этот датчик 51 может, например, быть датчиком дождя или т.п. Альтернативно также было бы возможно, чтобы фонари 1 были каким-то образом соединены с центральной станцией управления, которая предоставляет внешние сигналы управления, заставляющие фонари настраивать распределение света.

В заключение, данное изобретение предусматривает решение, которое позволяет эффективно и элегантно настраивать распределение света фонаря. В частности, также оказывается возможным учесть влияние на характеристики распределения света во время работы системы.

Изобретение относится к области светотехники. Техническим результатом является упрощение настройки распределения света. Осветительный блок (10) для использования в фонаре (1), в частности фонаре для освещения дорог и/или улиц, имеет настраиваемое распределение света. Осветительный блок (10) содержит по меньшей мере два источника (11, 12) света или две группы источников света, при этом каждый из упомянутых источников (11, 12) света или каждая из упомянутых групп источников света имеет индивидуальную характеристику распределения света, причем совокупное распределение света осветительного блока (10) настраивается посредством изменения соотношения светоотдач упомянутых по меньшей мере двух источников (11, 12) света или групп источников света. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Осветительный блок (10) для использования в фонаре (1), в частности фонаре для освещения дорог и/или улиц, причем упомянутый осветительный блок (10) имеет настраиваемое распределение света, при этом
осветительный блок (10) содержит два источника (11, 12) света, причем каждый из источников (11, 12) света содержит множество светодиодных источников света (СИД) (13),
один из указанных источников света имеет характеристику продольного распределения света,
другой источник света имеет характеристику продольного распределения света, отличную от характеристики продольного распределения света первого источника, и
общее распределение света осветительного блока (10) настраивается посредством изменения соотношения интенсивностей двух источников (11, 12) света,
отличающийся тем, что
соотношение световых выходов (светоотдач) двух источников света (11, 12) изменяется путем выбора количества активируемых светодиодных источников света (СИД) (13) для каждого из двух источников света (11, 12), причем общее количество активируемых СИД (13) остается постоянным.

2. Осветительный блок по п.1, в котором упомянутые два источника (11, 12) света расположены на одной и той же поверхности, предпочтительно на плоской поверхности.

3. Осветительный блок по п.1 или 2, в котором каждый источник (11, 12) света снабжен оптическим устройством или элементом (14, 15), причем оптическое устройство или элемент (14, 15) предназначены для распределения света соответствующего источника (11, 12) света в соответствии с соответствующим распределением света.

4. Осветительный блок по п.1 или 2, который содержит блок (50) управления для управления общим распределением света.

5. Осветительный блок по п.4, в котором блок (50) управления предназначен для управления общим распределением света в соответствии с погодными и/или дорожными условиями.

6. Осветительный блок по п.4, в котором блок (50) управления предназначен для управления общим распределением света на основании внешних сигналов управления.

7. Фонарь (1) для освещения дорог и/или улиц, содержащий осветительный блок (10) по любому из пп.1-6.

8. Способ настройки распределения света фонаря (1), в частности фонаря, используемого для освещения дорог и/или улиц,
причем фонарь (1) содержит два источника (11, 12) света и каждый из источников света (11, 12) содержит множество светодиодных источников света (СИД) (13),
один из указанных источников света имеет характеристику продольного распределения света,
другой источник света имеет характеристику продольного распределения света, отличную от характеристики продольного распределения света первого источника, и
общее распределение света фонаря (1) настраивают посредством изменения соотношения интенсивностей двух источников (11, 12) света,
отличающийся тем, что
соотношение световых выходов двух источников света (11, 12) изменяют путем выбора количества активируемых светодиодных источников света (СИД) (13) для каждого из двух источников света (11, 12), а общее количество активируемых СИД (13) оставляют постоянным.

9. Способ по п.8, в котором общее распределение света настраивают в соответствии с погодными и/или дорожными условиями.

10. Способ по любому из пп.8 или 9, в котором соотношение световых выходов двух источников (11, 12) света изменяют таким образом, что общее энергопотребление фонаря (1) является постоянным.