Осветительное устройство Российский патент 2022 года по МПК F21S4/28 F21V13/00 

Предложенное устройство относится к области светотехники и предназначено для использования в качестве осветительного прибора в офисных торговых, спортивных, производственных и других, например, бытовых помещениях.

Для иллюстрации известного уровня разработок в этой области можно указать объекты, защищенные патентами №№2240470, 24099162, 473007, 2502013, 2506492 и 2509952 на изобретения, а также информацию, отраженную в монографии «Справочная книга по светотехнике» под редакцией Ю.Б. Айзенберга (195 г., М., изд. «Энергоатомиздат»). Недостатками известных устройств являются, в частности, недостаточная для многих практических случае использования равномерность интенсивности светового потока в пространстве в диапазоне поверхностей его наблюдения и ограниченные возможности управления световым потоком.

Наиболее близким аналогом (прототипом) заявленному техническому решению по сходности существенных признаков является изделие, защищенное патентом №2623506, в конструктивном отношении которое сформировано из отдельных светильников-модулей, жестко скрепленных между собой стыковочными узлами. Данное осветительное устройство содержит несущую поверхность с установленными на ней источниками излучения в виде светодиодов и совокупность отражающих поверхностей, исключающую прямое наблюдение источников излучения, формирующих создаваемые ими индикатрисы излучения, отражения и итоговую индикатрису суммарного светового потока.

Решаемая изделием задача заключается в совершенствовании известных устройств для устранения указанных их недостатков с достижением технического результата в отношении повышения равномерности интенсивности светового потока в пространстве в диапазоне поверхностей его наблюдения.

Указанный технический результат обеспечивается с помощью предложенного осветительного устройства, схематически отраженного на следующих фигурах чертежей.

Фиг. 1 - Изображение поперечного сечения осветительного устройства.

Фиг. 2 - Вид сверху на осветительное устройство с несущей поверхностью в виде четырехгранной пирамиды.

Фиг. 3 - Схематическое изображение светодиода с углом его наклона к вертикали.

Фиг. 4 - Схематическое изображение сечения осветительного устройства с дополнительными отражающими поверхностями.

На фиг. 1-4 - цифрами обозначено:

1 - несущая поверхность устройства, выполненная в виде многогранной пирамиды,

2 - источники излучения (светодиоды),

3 - поверхность наблюдения индикатрисы суммарного излучения в ее поперечном сечении светового потока всех светодиодов,

4 - отражающие участки несущей поверхности,

5 - основная отражающая поверхность,

6 - схематическое изображение малого основания усеченной пирамиды,

7 - рабочая поверхность кремниевой пластины,

8 - центр массы кремниевой пластины,

9 - кремниевая пластина светодиода,

10 - линия, лежащая на рабочей поверхности кремниевой пластины 9 и проходящая через вертикаль,

11 - точка максимального удаления от горизонтального участка 12 основной отражающей поверхности 5,

12 - горизонтальный участок 12 отражающей поверхности 5,

13 - пунктирная линия, проходящая через центр 8 массы светодиода 2 и параллельная горизонтальному участку 12,

14 - совокупность дополнительных отражающих поверхностей устройства S3, S4 и S5,

15 - пунктиром обозначенная плоскость, параллельная горизонтальному участку 12 основной 5 отражающей поверхности и проходящая через максимально удаленную от нее точку 11 основной отражающей поверхности,

16 - итоговая индикатриса суммарного светового потока источников излучения и всех отражающих поверхностей,

17 - поверхность наблюдения, иллюстрирующая достижение указанного технического результата.

Перечень буквенных обозначений в формуле изобретения и на фигурах чертежей.

n1 - количество источников излучения,

S1 - суммарная площадь отражающих участков 4 несущей поверхности,

S2 - площадь всей несущей поверхности,

n2 - число граней многогранной пирамиды,

n3 максимально возможное число граней пирамиды,

α1 - минимальная из величин угла у каждой из вершин граней пирамиды,

α2 - максимально возможная величина углов у вершин граней пирамиды,

β - угол наклона грани пирамиды к вертикали светодиода (на фиг. 1) и соответственно угол наклона светодиода (на фиг. 3),

γ - угол индикатрисы излучения в ее поперечном сечении итогового сформированного светового потока суммарных его интенсивностей,

L1 - минимальный размер основной отражающей поверхности 5,

L2 - максимальный размер основной отражающей поверхности 5,

L3 - расстояние от плоскости, проходящей через горизонтальный участок 12 основной отражающей поверхности 5 до параллельной ей плоскости, проходящей через центр массы 8 кремниевой пластины,

L4 - расстояние от плоскости, проходящей через горизонтальный участок 12 основной 5 отражающей поверхности до параллельной ей плоскости, проходящей через максимально удаленную от нее точку 11 основной отражающей поверхности 5,

S3, S4, S5, S6 и S7 - соответственно площади дополнительных отражающих поверхностей,

S - общая сумма площади всех пяти дополнительных отражающих поверхностей,

При детальном описании осветительного устройства (Фиг. 1-4) нецелесообразно останавливаться на известных из опубликованных источников его конструктивных узлах и элементах, а следует более подробно охарактеризовать только следующие в основном отличительные его конструктивные и другие существенные особенности. Для достижения указанного технического результата предложено осветительное устройство, содержащее несущую 1 поверхность (Фиг. 1,2,4) с установленными на ней источниками 2 излучения в виде светодиодов и совокупность отражающих поверхностей, исключающую прямое наблюдение источников излучения, формирующих создаваемые ими индикатрисы излучения отражения и итоговую индикатрису 16 суммарного светового потока.

Индикатриса излучения (отражения) - кривая, графически отображающая интенсивность светового потока в диапазоне углов его наблюдения, а также в диапазоне поверхностей его наблюдения. Угол индикатрисы или диапазон углов наблюдений светового потока индикатрисы определяется границами, на которых интенсивность светового потока падает до 10% от его максимального значения, или которые охватывают 90% излучения. Поверхность наблюдения - это совокупность близлежащих точек наблюдения светового потока, в которых разность величин светового потока является минимальной. Также индикатрису часто называют диаграммой направленности светового потока.

Отличается устройство от известных тем, что несущая поверхность 1 выполнена в виде многогранной пирамиды, на гранях которой установлены источники излучения 2 в количестве n1, выбранных в пределах 1≤n1≤10², формирующие индикатрису излучения 3 (Фиг. 2) в ее поперечном сечении светового потока всех светодиодов, совместно с отражающими участками 4 несущей поверхности. При этом на одной грани пирамиды несущей поверхности 1 может быть от одного до 10 светодиодов. Суммарная площадь S1 отражающих участков 4 выбрана по отношению к площади S2 всей несущей поверхности 1 в пределах 1≤(S1+S2) / S2≤1,7. Многогранная пирамида во многих практических случаях может быть изготовлена усеченной и/или составлена из тонких граней с выполнением их разомкнутыми.

Многогранная пирамида выполнена с числом граней n2, выбранных по отношению к количеству n3 максимально возможного числа граней в пределах 1,003≤(n2+n3) / n3≤2. При этом минимальная величина угла α1 у каждой из вершин граней по отношению к максимально возможной величине α2 углов у других вершин граней пирамиды выбрана в пределах 1,01≤(α1+α2) / α2≤1,8. Угол β наклона светодиода, совпадающий с углом наклона граней пирамиды по отношению к нижнему ее основанию, выбран в пределах от 10° до 70°. Угол β наклона светодиода - это угол между вертикалью 6 (Фиг. 3), проходящей через центр масс 8 светодиода 2 и линией 10, лежащей на рабочей поверхности 7 кремниевой пластины 9 и проходящей через вертикаль 6.

Совокупность отражающих поверхностей устройства составлена из основной отражающей поверхности 5 и дополнительных отражающих поверхностей 14. Основная отражающая поверхность 5 выполнена охватывающей несущую поверхность 1 при соотношении ее минимального L1 и максимального размеров L2, взаимосвязанных соотношением 0,56≤(L1+L2)≤1,8, а также охарактеризована размерами L3 и L4, выбранными в пределах 1,7≤(L3+L4) / L4≤2. Здесь L3 - расстояние от плоскости, проходящей через горизонтальный участок 12 основной отражающей поверхности 5 до параллельной ей плоскости 13, проходящей через центр 8 массы кремниевой пластины, а L4 - расстояние от плоскости, проходящей через горизонтальный участок 12 основной 5 отражающей поверхности до параллельной ей плоскости 15, проходящей через максимально удаленную от нее точку 11 основной отражающей 5 поверхности.

Количество дополнительных отражающих поверхностей выбрано, не превышающим пять, с величинами их площадей S3, S4, S5, S6 и S7, выбранном из соотношения 1≤(S3+S4+S5+S6+S7+S) / S≤2, где S - общая сумма площади всех пяти дополнительных отражающих поверхностей. Целесообразно обратить внимание, что несущая 1 поверхность, основная отражающей поверхность 5 и дополнительные отражающие поверхности 14 могут быть как соединены друг с другом, так разнесены в пространстве. Осветительное устройство может быть защищено прозрачной поверхностью для предохранения, например от пыли и других нежелательных внешний воздействий. При этом угол γ индикатрисы 16 излучения в ее поперечном сечении итогового сформированного светового потока суммарных его интенсивностей, как интенсивности светового потока от источников 2 излучения, так и от диффузного рассеяния отражающих участков несущей поверхности 1, отраженного поверхностью 5 светового потока и от совокупности дополнительных 14 отражающих поверхностей, выбран в пределах от 30° до 150°.

Диффузное отражение - это такое отражение луча света, исходящего от источника, при котором падающий луч отражается под несколькими углами, а не под одним, как в случае с зеркальным отражением. Так как диффузное отражение существенности зависит от шероховатости отражающей 3 поверхности целесообразно отметить, что ГОСТ 9378-75 устанавливает образцы шероховатости. На каждом образце указаны значения параметра Ra (мкм) и вид обработки образца (точение, фрезерование, строгание и др.) Для количественной оценки и нормирования шероховатости поверхностей ГОСТ 2789-73 устанавливает шесть параметров: три высотных (Ra, Rz, Rmax), два шаговых (S, Sm) и параметр относительной опорной длины профиля (t р), где. Ra - среднее арифметическое отклонение профиля; Rz -высота неровностей по десяти точкам; Rmax - наибольшая высота профиля; Sm - средний шаг неровностей профиля; S - средний шаг местных выступов профиля; tp - относительная опорная длина профиля, р - уровень сечения профиля. Параметры шероховатости (один или несколько) выбираются из приведенной номенклатуры: Ra - среднеарифметическое отклонение профиля; Rz - наибольшая высота профиля; - полная высота профиля; Sm - средний шаг неровностей; S - средний шаг местных выступов профиля; - относительная опорная длина профиля, где - значение уровня сечения профиля. С учетом практической важности указанных параметров в числе отличительных особенностей заявленного устройства указано то, что угол у индикатрисы в отношении диффузного рассеяния совокупностью его отражающих поверхностей падающего на них излучения корректируют в диапазоне его выбираемых значений с помощью экспериментального коэффициента ρ, величину которого в зависимости от величины ее шероховатости выбирают в пределах 0,6≤ρ≤1,1. В качестве наиболее подходящего для количественной оценки величины экспериментального коэффициента ρ является параметр Rmax - наибольшая высота профиля.

Как уже отмечалось, достигаемый технический результат от использования осветительного устройства заключается в повышении равномерности интенсивности светового потока в пространстве в диапазоне поверхностей его наблюдения, что позволяет получить не превышающую 1-2% неравномерность интенсивности освещенности в любой пространственной поверхности, освещаемой индикатрисой γ итогового сформированного светового потока суммарных его интенсивностей, как, в частности, отображено на поверхности 17 наблюдения (см. Фиг. 4). Из вышеизложенного очевидно, что описанное конструктивное выполнение заявленного устройства предопределяет целенаправленное достижение указанного технического результата только при использовании взаимосвязанной и неразрывной совокупности всех существенных признаков указанных в формуле изобретения.

Конструкция устройства, что следует из его описания, обеспечивает возможность его серийного изготовления и применения при этом распространенных материалов и технологий их обработки, так как изделие, в частности, не критично к точности изготовления деталей. Промышленная применимость заявленного решения доказывается возможностью его многократного воспроизведения в процессе производственного изготовления. При этом заявленное осветительное устройство обладает новизной, так как взаимосвязанная совокупность его существенных признаков не известна из общедоступных сведений, и в связи с оригинальностью его конструктивного выполнения, которая для специалиста явным образом не следует из уровня техники, устройство соответствует условию изобретательский уровень.

В числе других достоинств описанного осветительного устройства целесообразно отметить возможность достижения очень высоких уровней освещенности, а также использования в оздоровительных целях, так как свет необходим человеку для нормального существования и влияет практически на все стороны его жизни, состояние психики и физиологию. При использовании заявленного изобретения можно получать уровни освещенности существенно выше, чем у известных устройств, достигая уровней выше 2000 лк. В результате в помещении комфортно находиться и существенно возрастает работоспособность при унижении утомляемости. В том числе указанные результаты были достигнуты и при освещенности свыше 5000 лк, которые являются лечебными при ряде психоневрологических заболеваний, например, депрессий.

Осветительное устройство относится к области светотехники и предназначено для использования в качестве осветительного прибора в офисных торговых, спортивных, производственных и других, например, бытовых помещениях. Заявленное осветительное устройство содержит несущую поверхность с установленными на ней источниками излучения в виде светодиодов и совокупность отражающих поверхностей, исключающую прямое наблюдение источников излучения, формирующих создаваемые ими индикатрисы излучения, отражения и итоговую индикатрису суммарного светового потока. Несущая поверхность выполнена в виде многогранной, в том числе усеченной, пирамиды, на гранях которой установлены источники излучения в количестве n1, выбранном в пределах 1≤n1≤10², формирующие индикатрису излучения совместно с отражающими участками несущей поверхности, суммарная площадь S1 которых выбрана по отношению к площади S2 всей несущей поверхности в пределах 1≤(S1+S2)/S2≤1,7, многогранная пирамида выполнена с числом граней n2, выбранных по отношению к количеству n3 максимально возможного числа граней в пределах 1,003≤(n2+n3)/n3≤2. Технический результат - повышение равномерности интенсивности излучения в пространстве в диапазоне поверхностей его наблюдения. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Осветительное устройство, содержащее несущую поверхность с установленными на ней источниками излучения в виде светодиодов и совокупность отражающих поверхностей, исключающую прямое наблюдение источников излучения, формирующих создаваемые ими индикатрисы излучения, отражения и итоговую индикатрису суммарного светового потока, отличающееся тем, что несущая поверхность выполнена в виде многогранной пирамиды, на гранях которой установлены источники излучения в количестве n1, выбранном в пределах 1≤n1≤10², формирующие индикатрису излучения совместно с отражающими участками несущей поверхности, суммарная площадь S1 которых выбрана по отношению к площади S2 всей несущей поверхности в пределах 1≤(S1+S2)/S2≤1,7, многогранная пирамида выполнена с числом граней n2, выбранных по отношению к количеству n3 максимально возможного числа граней в пределах 1,003≤(n2+n3)/n3≤2, при этом минимальная величина угла α1 у каждой из вершин граней по отношению к максимально возможной величине α2 углов у других вершин граней пирамиды выбрана в пределах 1,01≤(α1+α2)/α2≤1,8, угол β наклона светодиода выбран в пределах от 20 до 60°, совокупность отражающих поверхностей составлена из основной отражающей поверхности и дополнительных отражающих поверхностей, основная отражающая поверхность выполнена охватывающей несущую поверхность при соотношении ее минимального L1 и максимального размеров L2, взаимосвязанных соотношением 0,56≤(L1+L2)≤1,8, а также охарактеризована размерами L3 и L4, выбранными в пределах 1,7≤(L3+L4)/L4≤2, где L3 - расстояние от плоскости, проходящей через горизонтальный участок основной отражающей поверхности до параллельной ей плоскости, проходящей через центр массы кремниевой пластины, L4 - расстояние от плоскости, проходящей через горизонтальный участок основной отражающей поверхности до параллельной ей плоскости, проходящей через максимально удаленную от нее точку основной отражающей поверхности, при этом количество дополнительных отражающих поверхностей выбрано не превышающим пять, с величинами их площадей S3, S4, S5, S6 и S7, выбранными из соотношения 1≤(S3+S4+S5+S6+S7+S)/S≤2, где S - общая сумма площади всех пяти дополнительных отражающих поверхностей, а угол γ индикатрисы излучения в ее поперечном сечении итогового сформированного светового потока суммарных его интенсивностей, как интенсивности светового потока от источников излучения, так и от диффузного рассеяния отражающих участков несущей поверхности, отраженного основной отражающей поверхностью светового потока и от совокупности дополнительных отражающих поверхностей, выбран в пределах от 30 до 150°.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что угол γ индикатрисы в отношении диффузного рассеяния совокупностью его отражающих поверхностей падающего на них излучения корректируют в диапазоне его выбираемых значений с помощью экспериментального коэффициента ρ, величину которого в зависимости от величины ее шероховатости выбирают в пределах 0,6≤ρ≤1,1.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что многогранная пирамида выполнена усеченной.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что пирамида составлена из тонких граней с выполнением их разомкнутыми.