СИСТЕМА ОСВЕЩЕНИЯ ДЛЯ ТОЧЕЧНОГО ОСВЕЩЕНИЯ Российский патент 2015 года по МПК F21V3/04 F21K99/00 F21Y101/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к системе освещения для точечного освещения, содержащей трубчатый отражатель и группу источников света.

Уровень техники изобретения

В применениях точечного освещения, таких как оформление сцен или создающее атмосферу освещение, источники белого света с цветными фильтрами использовались в значительной степени. Позже в качестве альтернативы были разработаны системы освещения с цветными источниками света, такие как светоизлучающие диоды, LED. В системах с цветными источниками света цвет может быть изменен электронным управлением, при этом все доступные цвета всегда имеются в наличии.

В применениях точечного освещения однородность излученного света имеет большую важность.

Один пример системы освещения для точечного освещения описан в источнике US6,200,002, в котором трубчатый коллиматор коллимирует свет от группы источников света, размещенной на входе коллиматора. Хотя решение US6,200,002 предлагает улучшение однородности по сравнению с известным уровнем техники, однако дополнительное улучшение однородности излученного света было бы необходимо.

Сущность изобретения

С учетом вышеуказанного главной задачей настоящего изобретения является обеспечение улучшенной системы освещения для точечного освещения с улучшенной однородностью света, излученного системой освещения.

Согласно первому аспекту изобретения, предложена система освещения для точечного освещения, содержащая: трубчатый отражатель с отражающей внутренней поверхностью, причем трубчатый отражатель имеет входное отверстие и выходное отверстие, которое больше входного отверстия; группу источников света, содержащую множество источников света, скомпонованных для излучения света в трубчатый отражатель в его входное отверстие; и светорассеивающий оптический элемент, скомпонованный для рассеивания света, излученного системой освещения, причем светорассеивающий элемент сконфигурирован для обеспечения увеличивающей рассеивающей способности с увеличением расстояния от оптической оси системы освещения.

Настоящее изобретение основано на том, что свет, выходящий из системы освещения с трубчатым отражателем, имеющим выходное отверстие, большее, чем входное отверстие, в общем, проявляет более высокую однородность, то есть более высокую степень пространственной однородности вблизи оптической оси системы освещения, чем на дополнительном расстоянии от оптической оси системы освещении. Авторы настоящего изобретения дополнительно предложили, что выгодный компромисс между выходной эффективностью системы освещения и однородностью света, выходящего из системы освещения, может быть достигнут компоновкой светорассеивающего оптического элемента для рассеивания света, выходящего из системы освещения, и конфигурированием светорассеивающего оптического элемента для обеспечения увеличивающей рассеивающей способности с увеличением расстояния от оптической оси системы освещения.

Тем самым оптическое рассеивание сосредоточено там, где оно имеет наибольший эффект, тем самым улучшенная однородность света, выходящего из системы освещения, может быть достигнута при минимизации снижения оптической эффективности выходящего света вследствие рассеивания и/или поглощения светорассеивающим оптическим элементом.

Светорассеивающий оптический элемент может предпочтительно рассеивать свет, падающий на него, посредством рассеивания, при этом рассеивание увеличивается с увеличением расстояния от оптической оси системы освещения.

Для обеспечения достаточной степени интенсивности и, при необходимости, однородности цвета, при сдерживании утечки света в светорассеивающем оптическом элементе, светорассеивающий оптический элемент может рассеивать падающий свет до около ±10° в зависимости от свойств группы источников света и трубчатого отражателя. Для систем освещения, в которых группа источников света и/или трубчатый отражатель выполнен(ы) так, чтобы обеспечивать хорошее смешивание света, максимальное рассеивание около ±5° может быть достаточным.

Максимальное рассеивание может предпочтительно возникать вблизи обода трубчатого отражателя, и значительно низкий уровень рассеивания может быть достаточным вблизи оптической оси. Например, рассеивание на оптической оси может быть ±1° или даже ±0°.

Увеличение способности рассеивания с увеличением расстояния от оптической оси может быть по существу непрерывным или возникать поэтапным образом.

Более того, светорассеивающий элемент может содержать устройство, имеющее управляемые рассеивающие свойства. Один пример таких устройств представляет собой переключаемый PDLC слой.

Более того, система освещения может предпочтительно дополнительно содержать фокусирующий оптический элемент, скомпонованный для фокусирования света, излученного системой освещения, посредством чего угловое расхождение света, выходящего из системы освещения, может быть уменьшено. Это может быть, в частности, предпочтительно в различных вариантах выполнения согласно настоящему изобретению, так как светорассеивающий оптический элемент может, в общем, увеличивать угловое расхождение света, проходящего через светорассеивающий оптический элемент.

Согласно различным вариантам выполнения настоящего изобретения, по меньшей мере один из трубчатого отражателя и группы источников света может быть выполнен таким образом, что каждое симметричное положение группы источников света отличается от любого симметричного положения трубчатого отражателя. Под термином «симметричное положение» в контексте настоящего изобретения следует понимать состояние, отличное от первоначального положения, имеющегося в такой же конфигурации, как и в первоначальном положении. Симметричное положение может быть достигнуто посредством любого типа трансформации, такого как вращение, перемещение, отражение и т.д.

Избегая совпадения симметричных положений, совпадение предпочтительных направлений излученного света может быть уменьшено, посредством чего пространственная однородность относительно интенсивности и, при необходимости, цвета излученного света может быть улучшена.

Симметричные положения трубчатого отражателя, если имеются, могут управляться посредством, например, физической конфигурации трубчатого отражателя, при этом симметричные положения группы источников света, если имеются, могут управляться посредством компоновки источников света, содержащихся в группе источников света.

Согласно различным вариантам выполнения, несовпадающие симметричные положения группы источников света и трубчатого отражателя могут быть помещены конфигурированием по меньшей мере одного из трубчатого отражателя и группы источников света так, что он не имеет симметричных положений. Например, источники света могут быть скомпонованы произвольно, и/или трубчатый отражатель может иметь нерегулярное поперечное сечение.

Альтернативно, трубчатый отражатель может иметь первое число положений, имеющих идентичные конфигурации, и группа источников света может иметь второе число положений, имеющих идентичные конфигурации, при этом отношение между первым числом и вторым числом может быть нецелым. Такая конфигурация обеспечивает несовпадающие симметричные состояния.

Число положений, имеющих идентичные конфигурации, равно первоначальному положению плюс число симметричных положений, то есть число симметричных положений плюс один.

Более того, при конфигурировании системы освещения таким образом, что наибольший общий делитель первого числа и второго числа равен единице, появление предпочтительных направлений излученного света может быть даже дополнительно уменьшено, посредством чего однородность излученного света может быть даже дополнительно улучшена.

Более того, первое число, то есть число симметричных состояний, представленных трубчатым отражателем, может быть простым числом, которое больше двух, посредством чего может быть достигнута большая свобода выбора компоновки источников света в группе источников света, так как меньше конфигураций источников света будут представлять совпадающие симметричные положения с такой конфигурации трубчатого отражателя.

Более того, согласно различным вариантам выполнения по меньшей мере один из трубчатого отражателя и группы источников света может иметь вращательную симметрию относительно оптической оси системы освещения.

Трубчатый отражатель может иметь по существу полигональное поперечное сечение.

В контексте настоящей заявки под «полигональным поперечным сечением» следует понимать поперечное сечение, которое ограничено замкнутым контуром линий, соединенных в по меньшей мере трех точках, образуя вершины полигонального поперечного сечения. Линии могут быть прямыми или кривыми. Например, каждый контур между вершинами полигона может быть выпуклым или вогнутым в отношении полигонального поперечного сечения. Согласно предпочтительному варианту выполнения полигональное поперечное сечение может быть семиугольным (7 сторон) или девятиугольным (9 сторон).

Согласно другому варианту выполнения поперечное сечение трубчатого отражателя может иметь по существу круглую или эллиптическую форму.

Для дополнительного улучшения однородности света, излученного системой освещения, система освещения может быть сконфигурирована таким образом, что суммарная площадь источников света, содержащихся в группе источников света, может быть равна по меньшей мере 5% площади входного отверстия трубчатого отражателя.

Под суммарной площадью источников света следует понимать суммарную поверхность излучения источников света, то есть площадь, которая может излучать свет.

Посредством обеспечения достаточного отношения между суммарной площадью излучения и площадью входного отверстия однородность света, излученного системой освещения, может быть улучшена дополнительно. Испытания, выполненные авторами настоящего изобретения, показали, что такое достаточное отношение равно примерно 5% площади входного отверстия трубчатого отражателя и что даже более высокое отношение приводит даже к лучшему результату. Однако это отношение может быть предпочтительно равно по меньшей мере 10%, более предпочтительно равно по меньшей мере 15% и наиболее предпочтительно равно по меньшей мере 20%.

Согласно различным вариантам выполнения настоящего изобретения, дополнительно группа источников света может содержать по меньшей мере один набор источников света, сконфигурированный для излучения света первого цвета, и по меньшей мере один набор источников света, сконфигурированный для излучения света второго цвета, отличного от первого цвета.

Набор источников света может быть единственным источником света или может быть группой источников света, размещенных вместе. Например, набор источников света может быть предусмотрен в форме линии светоизлучающих диодов (LED).

Таким образом, может быть обеспечен управляемый цветной выход света из системы освещения.

Авторы настоящего изобретения обнаружили, что конфигурирование группы источников света таким образом, что она содержит по меньшей мере три набора источников света, сконфигурированных для излучения света первого цвета, и по меньшей мере три набора источников света, сконфигурированных для излучения света второго цвета, благоприятно влияет на однородность света, исходящего из системы освещения.

Более того, источники света могут предпочтительно быть размещены таким образом, что наибольшее расстояние между смежными наборами источников света будет меньше одной третьей части поперечного размера входного отверстия. Таким образом, большие «черные» области в группе источников света исключены, что дополнительно улучшает однородность света, образованного системой освещения. Распределение источников света даже более равномерно в группе источников света приводит к дополнительному улучшению однородности.

Краткое описание чертежей

Эти и другие аспекты настоящего изобретения далее будут описаны более подробно со ссылкой на приложенные чертежи, показывающие примерный вариант выполнения изобретения, причем:

Фиг.1 представляет собой разобранный вид системы освещения согласно варианту выполнения настоящего изобретения;

Фиг.2а-b представляют собой виды в поперечном сечении, если смотреть вдоль оптической оси, иллюстрирующие различные отношения симметрии примерных вариантов выполнения настоящего изобретения;

Фиг.3 схематически иллюстрирует примерную конфигурацию группы источников света; и

Фиг.4 схематически иллюстрирует примерную конфигурацию рассеивающего элемента, содержащегося в системе освещения на фиг.1.

Подробное описание варианта выполнения изобретения

В следующем далее описании настоящее изобретение описано со ссылкой на систему освещения, содержащую группу источников света, представляющую первое число симметричных положений, и трубчатый отражатель, представляющий второе число симметричных положений.

Следует отметить, что это никоим образом не ограничивает объем изобретения, который равноприменим к другим системам освещения, причем один из них и группа источников света, и трубчатый отражатель могут не иметь симметричных положений.

Фиг.1 схематически иллюстрирует систему освещения для точечного освещения, пригодную для освещения, создающего атмосферу, как, например, оформления сцены. Система 10 освещения содержит группу 1 источников света, образованную источниками 13а-d света, например группу LED, установленную на несущем элементе, например, печатной плате (PCD) 3, которая размещена на теплораспределителе 4, который в свою очередь размещен на теплоприемнике 5. Система 10 освещения дополнительно содержит трубчатый отражатель 2 с отражающей внутренней поверхностью. Трубчатый отражатель 2 имеет входное отверстие 7 для света и выходное отверстие 8 для света, которое больше входного отверстия 7 для света. В выходном отверстии 8 трубчатого отражателя 2 предусмотрен рассеивающий элемент, здесь в форме оптически рассеивающего листа 9.

Группа 1 источников света размещена во входном отверстии 7 для излучения света в трубчатый отражатель 2. В примерном варианте выполнения, который схематически проиллюстрирован на фиг.1, трубчатый отражатель 2 имеет полигональное поперечное сечение в плоскости, перпендикулярной оптической оси 12 системы освещения.

Для того чтобы достигнуть хорошей однородности света, образованного системой 10 освещения, группа 1 источников света и трубчатый отражатель 2 не должны иметь совпадающие симметричные положения. Две примерные конфигурации, удовлетворяющие этому условию, далее будут описаны со ссылкой на фиг.2а-b, которые представляют собой виды в поперечном сечении, если смотреть из входного отверстия 8 трубчатого отражателя 2 вдоль оптической оси 12 системы 10 освещения.

В первой примерной конфигурации, которая схематически проиллюстрирована на фиг.2а, группа 1 источников света имеет одно первоначальное положение и три симметричных положения, то есть дополнительные положения, приводящие к той же конфигурации, как при первоначальном положении. В общей сложности, группа 1 источников света, таким образом, имеет, как это можно видеть на фиг.2а, четыре положения с идентичными конфигурациями. С другой стороны, трубчатый отражатель 2 на фиг.2а имеет одно начальное положение и четыре симметричных положения, всего пять положений с идентичными конфигурациями.

Соответственно, конфигурация системы освещения, которая схематически проиллюстрирована на фиг.2а, не представляет каких-либо совпадающих симметричных положений между группой 1 источников света и трубчатым отражателем 2. В частности, отношение между числом положений с идентичными конфигурациями для трубчатого отражателя 2 и группы 1 источников света соответственно составляет 5/4=1,25, которое является нецелым.

Во второй примерной конфигурации, которая схематически проиллюстрирована на фиг.2b, группа 1 источников света имеет одно первоначальное положение и два симметричных положения, то есть дополнительных положений, приводящих к такой же конфигурации, как при начальном положении. В общей сложности, таким образом, группа 1 источников света имеет, как может быть ясно видно на фиг.2b, три положения с идентичными конфигурациями. С другой стороны, трубчатый отражатель 2 на Фиг.2b имеет одно начальное положение и семь симметричных положений, всего восемь положений с идентичными конфигурациями.

Соответственно, конфигурация системы освещения, которая схематически проиллюстрирована на фиг.2b, не представляет каких-либо совпадающих симметричных положений между группой 1 источников света и трубчатым отражателем 2. В частности, отношение между числом положений с идентичными конфигурациями для трубчатого отражателя 2 и группы 1 источников света, соответственно, составляет 8/3, которое является нецелым.

В каждой из примерных конфигураций системы 10 освещения, показанных на фиг.2а-b, наибольший общий делитель для вышеуказанных чисел равен единице.

Фиг.3 схематически показывает примерную конфигурацию группы 1 источников света, содержащую множество источников света в форме различных цветных LED. Группа источников света содержит четыре набора 30a-d красных LED, размещенных в линию, четыре набора 31а-d зеленых LED, размещенных в линию, и четыре набора 32а-d синих LED, размещенных в линию.

Как может быть видно на фиг.3, источники 30а-d, 31а-d и 32а-d света представляют таким образом, что группа 1 источников света имеет вращательную симметрию двумя положениями, приводя к идентичным конфигурациям источников света.

Для обеспечения требуемой однородности света, выходящего из системы 10 освещения, в которой на фиг.3 содержится группа 1 источников света, различные наборы 30а-d, 31а-d и 32а-d источников света скомпонованы так, что расстояние между смежными наборами источников света с одинаковым цветом меньше одной третьей поперечного размера входного отверстия 7 трубчатого отражателя 2, которое схематически указано на фиг.3.

Для упрощения иллюстрации, группа 1 источников света на фиг.3 была описана, как содержащая LED только трех основных цветов. Как может быть, вероятно, принято во внимание специалистом в области техники, улучшенное смешивание цветов и однородность могут быть получены наличием LED, выполненных с возможностью излучения дополнительных основных цветов как, например, желтого, голубого, бордового и/или темно-синего. Альтернативно или дополнительно, могут быть использованы различные источники белого света, например, теплого белого, натурального белого и/или холодного белого. Такие LED могут быть представлены в виде дополнительных линий, или могут быть представлены линии, в которых LED или два или три цвета размещены поочередно.

В различных вариантах выполнения системы освещения согласно настоящему изобретению свет, исходящий из системы освещения, в общем, становится менее однородным с увеличением расстояния от оптической оси в плоскости, перпендикулярной оптической оси.

Для дополнительного улучшения однородности света, исходящего из системы освещения при сохранении минимального снижения эффективности выходящего света, система 10 освещения может предпочтительно содержать оптически рассеивающий элемент 9, размещенный в выходном отверстии 8 трубчатого отражателя 2. Так как свет, в общем, относительно однороден вблизи оптической оси 12, оптически рассеивающий элемент 9 имеет более низкую рассеивающую способность в этом месте, чем на дополнительном расстоянии от оптической оси 12. Это может, например, быть достигнуто наличием пленки, содержащей рассеивающие частицы 35, причем концентрация рассеивающих частиц увеличивается с увеличением расстояния от оптической оси 12 системы 10 освещения. Это схематически проиллюстрировано на фиг.4. Оптически рассеивающий элемент 9 может, альтернативно, иметь отверстие в середине и, таким образом, не может поглощать или рассеивать любой свет, исходящий из системы 10 освещения вблизи его оптической оси 12. В качестве альтернативы или дополнения к рассеивающим частицам 35, как схематически показано на фиг.4, рассеивающая способность оптически рассеивающего элемента 9 может быть получена использованием других средств, таких как голограмма и/или поверхностный рельеф.

Например, светорассеивающий элемент 9 может содержать так называемую фольгу светоформирующего рассеивателя (LSD), которая доступна, например, у производителей Luminit или Fusion Optix.

Дополнительно, варианты раскрытых вариантов выполнения могут быть поняты и осуществлены специалистом в области техники при выполнении на практике заявленного изобретения из изучения чертежей, описания и приложенной формулы изобретения. В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает других элементов и этапов. Одиночный процессор или другой блок могут выполнять функции нескольких элементов, перечисленных в формуле изобретения. Сам факт, что некоторые величины перечислены в различных взаимозависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что их совокупность не может быть использована.

Система (10) освещения для точечного освещения содержит трубчатый отражатель (2) с отражающей внутренней поверхностью. Трубчатый отражатель (2) имеет входное отверстие (7) и выходное отверстие (8), которое больше входного отверстия (7), группу (1) источников света, содержащую множество источников (13а-с; 30а-d; 31а-d; 32а-d), размещенных для излучения света в трубчатый отражатель (2) в его входном отверстии, и светорассеивающий оптический элемент (9), размещенный для рассеивания света, излученного указанной системой (10) освещения. Светорассеивающий элемент (9) выполнен с возможностью представления увеличения способности рассеивания с увеличением расстоянии от оптической оси (12) системы освещения. По меньшей мере один из указанного трубчатого отражателя (2) и по меньшей мере один из указанного трубчатого отражателя (2) и указанной группы (1) источников света выполнен таким образом, что каждое симметричное положение указанной группы (1) источников света отличается от любого симметричного положения указанного трубчатого отражателя (2). Обеспечивается улучшение интенсивности и однородности света. 11 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Система (10) освещения для точечного освещения, содержащая:
трубчатый отражатель (2) с отражающей внутренней поверхностью, причем указанный трубчатый отражатель (2) имеет входное отверстие (7) и выходное отверстие (8), которое больше входного отверстия (7);
группу (1) источников света, содержащую множество источников (13а-с; 30a-d; 31a-d; 32a-d) света, скомпонованных для излучения света в трубчатый отражатель (2) в его входном отверстии; и
светорассеивающий оптический элемент (9), скомпонованный для рассеивания света, излученного указанной системой (10) освещения,
причем указанный светорассеивающий элемент (9) выполнен с возможностью увеличения рассеивающей способности с увеличением расстоянии от оптической оси (12) системы освещения и причем по меньшей мере один из указанного трубчатого отражателя (2) и указанной группы (1) источников света выполнен таким образом, что каждое симметричное положение указанной группы (1) источников света отличается от любого симметричного положения указанного трубчатого отражателя (2).

2. Система (10) освещения по п. 1, в которой указанный светорассеивающий оптический элемент (9) рассеивает свет, падающий на него при увеличении рассеивания с увеличением расстояния от указанной оптической оси (12).

3. Система (10) освещения по п. 1 или 2, дополнительно содержащая фокусирующий оптический элемент, скомпонованный для фокусирования света, излученного указанной системой освещения.

4. Система (10) освещения по п. 3, в которой указанный трубчатый отражатель (2) имеет первое число положений, имеющих идентичные конфигурации, и указанная группа (1) источников света имеет второе число положений, имеющих идентичные конфигурации,
отношение между указанным первым числом и указанным вторым числом является нецелым.

5. Система (10) освещения по п. 4, в которой наибольший общий делитель указанного первого числа и указанного второго числа равен 1.

6. Система (10) освещения по п. 4 или 3, в которой указанное первое число является простым числом, большим 2.

7. Система (10) освещения по п. 1, в которой по меньшей мере один из указанного трубчатого отражателя (2) и указанной группы (1) источников света имеет вращательную симметрию относительно указанной оптической оси (12) системы (10) освещения.

8. Система (10) освещения по п. 1, в которой указанный трубчатый отражатель (2) имеет по существу полигональное поперечное сечение.

9. Система (10) освещения по п. 1, в которой суммарная площадь, занятая источниками (13а-с; 30a-d; 31a-d; 32a-d) света, содержащимися в группе (1) источников света, равна по меньшей мере 5% площади указанного входного отверстия (7).

10. Система (10) освещения по п. 1, в которой указанная группа (1) источников света содержит по меньшей мере один набор источников (30a-d) света, сконфигурированных излучать свет первого цвета, и по меньшей мере один набор источников (31a-d) света, сконфигурированных излучать свет второго цвета, отличного от первого цвета.

11. Система (10) освещения по п. 10, в которой указанная группа (1) источников света содержит по меньшей мере три набора источников (30а-d) света, сконфигурированных излучать свет указанного первого цвета, и по меньшей мере три набора источников (31a-d) света, сконфигурированных излучать свет указанного второго цвета.

12. Система (10) освещения по п. 10, в которой наибольшее расстояние между смежными каждыми из указанных наборов источников (13а-с; 30a-d; 31a-d, 32a-d) света меньше третьей части поперечного размера указанного входного отверстия (8).