Осветительный прибор с оптическим преобразованием, обеспечивающий заданное угловое распределение интенсивности света

Номер патента: 7378

Опубликовано: 27.10.2006

Авторы: Руиц Дейвид, Тадхоуп Роберт Х., Ризкин Александр, Агурок Илья

Есть еще 6 страниц.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Способ построения отражающей поверхности для преобразователя света, включающий задание максимального и минимального выходных углов, расположение части преобразователя света в заданном местоположении по отношению к источнику света, от которого поступает свет, итерационный поточечный расчет конфигурации отражающей поверхности оптического преобразователя путем обеспечения соответствующего прироста выходного угла для каждого шагового увеличения входного угла с учетом заранее определенного распределения выходной интенсивности для отражения света, поступающего от источника света, в пределах заданных максимального и минимального выходных углов и построение названной отражающей поверхности по результатам итерационного поточечного расчета.

2. Устройство излучения света с заданной диаграммой направленности, содержащее корпус, имеющий основание, источник света, расположенный в корпусе вблизи основания, преобразователь света, включающий криволинейную коническую отражающую поверхность, обращенную вершиной в сторону основания, способную отражать большую часть света, излучаемого источником света, который расположен на оси конической поверхности, и обеспечивающую диаграмму направленности, которая имеет заранее рассчитанное угловое распределение интенсивности света, и оптическое окно для вывода наружу света от преобразователя света, имеющее форму конической поверхности, расположенное так, что позволяет выводить отражённый от криволинейной конической поверхности свет.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что отражающая поверхность выполнена с возможностью отражения существенного количества света в направлении, по существу перпендикулярном оси конической отражающей поверхности.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что отражающая поверхность выполнена с возможностью отражения лучей света, поступающих под различными углами, под углом a с интенсивностью, пропорциональной 1/(tg2a), для компенсации действия закона обратной квадратичной зависимости освещенности.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что для минимизации вертикального размера окна, криволинейная коническая отражающая поверхность выполнена с возможностью отражения света, излучаемого источником так, что луч, падающий под минимальным углом по отношению к вертикальной оси, отражается в направлении максимального подъема по отношению к горизонтальной оси, и луч, падающий под максимальным углом по отношению к вертикальной оси, отражается в направлении минимального подъема по отношению к горизонтальной оси.

6. Осветительный прибор, предназначенный для направления и перераспределения света от источника с образованием заранее определённой структуры с малыми углами расхождения или, по существу, параллельно оси направления света, содержащий светопреобразователь, у одной стороны которого расположен источник света, свет от которого распространяется в направлении противоположной стороны преобразователя, где свет выводится, и включающий в себя первый оптический элемент, расположенный между названными сторонами, содержащий поверхность полного внутреннего отражения, которая перенаправляет получаемый свет в направлении стороны преобразователя, через которую свет выводится, и первое плоское оптическое окно, расположенное за поверхностью полного оптического отражения по ходу лучей света, по существу, перпендикулярно оси направления света, второй оптический элемент, расположенный напротив первого оптического элемента, симметрично ему, содержащий поверхность полного внутреннего отражения, которая перенаправляет получаемый свет в направлении стороны преобразователя, через которую свет выводится, и второе плоское оптическое окно, расположенное за этой поверхностью полного оптического отражения по ходу лучей света, по существу, перпендикулярно оси направления света, а также асферическую линзу, расположенную между первым и вторым плоскими оптическими окнами так, что входная сторона линзы обращена к стороне преобразователя, у которой расположен источник света, и выходная сторона обращена к стороне преобразователя, через которую выводится свет.

7. Преобразователь по п.6, отличающийся тем, что дополнительно содержит множество источников света, расположенных, по существу, в виде кругового массива, с возможностью излучения света заранее определенной структуры по всем направлениям, а оптический преобразователь имеет тороидальную круговую форму и установлен, по существу, концентрично поотношению к множеству источников света.

Рисунок 1

 

Текст

Смотреть все

007378 Предпосылки изобретения 1. Область техники Настоящее изобретение, в общем, направлено на систему освещения. Более конкретно, настоящее изобретение направлено на устройства преобразования света, которые обеспечивают точно определенную диаграмму направленности света, используемые в навигации, при обозначении препятствий и для создания других световых сигналов. 2. Описание известного уровня техники В настоящее время системы освещения используют для обозначения препятствий и криволинейных участков на дорогах и рулежных дорожках и взлетно-посадочных полосах в аэропортах. Например, в аэропортах используется система освещения, определяющая направление приближающихся самолетов и их выруливание. В аэропортах могут использоваться тысячи галогенных ламп. К сожалению, эти лампы потребляют значительное количество энергии. В системах освещения шоссейных дорог, огибающих препятствия, вдоль изгибов шоссейных дорог устанавливают фонари для сигнализации о наличии препятствий и изгибов для водителей. Такие системы освещения направляют свет, не обеспечивая оптимальной диаграммы направленности по отношению к водителю. Например, с помощью фонарей невозможно обеспечить адекватное освещение для водителей, находящихся на большом расстоянии от ламп. Такие фонари также соответственно не позволяют скомпенсировать обратную квадратичную зависимость освещения от расстояния по мере того, как водитель приближается к фонарю. В частности, в фонарях не учитывается тот факт, что водитель может лучше видеть фонарь, когда он находится ближе к этому фонарю. Кроме того, в большинстве таких устройств сигнализации используется только часть диаграммы направленности света, излучаемого источником. В соответствии с этим, они имеют низкую эффективность. Краткое описание изобретения Настоящее изобретение направлено на способ и устройство, предназначенные для высокоэффективного перенаправления света, излучаемого источником света, с заранее определенной диаграммой направленности, благодаря использованию оптического преобразователя с точно рассчитанной поверхностью отражения. В одном из вариантов воплощения настоящее изобретение направлено на излучение света, перенаправляемого с помощью оптического преобразователя, имеющего криволинейную круглую отражающую внутреннюю поверхность, причем эта отражающая внутренняя поверхность отражает свет с формированием заранее определенной диаграммы направленности света. Например, отражающая внутренняя поверхность отражает свет так, что значительное количество света отражается вблизи оси, совпадающей с радиальной линией, определяющей радиус круглой отражающей внутренней поверхности. Свет выходит наружу из преобразователя света через оптическое окно. В другом варианте воплощения настоящее изобретение направлено на устройство перенаправления света, предназначенное для передачи света с малыми углами расхождения или, по существу, параллельно оси направления света. Такое устройство может содержать первую поверхность полного внутреннего отражения, первый элемент, содержащий часть первой поверхности полного внутреннего отражения,первое плоское оптическое окно, расположенное на конце первого элемента, причем первое плоское оптическое окно расположено, по существу, перпендикулярно оси направления света, и асферическую линзу, расположенную вблизи первого элемента. Устройство дополнительно может содержать вторую поверхность полного внутреннего отражения, симметричную относительно оси направления света с первой поверхностью полного внутреннего отражения, и второй элемент, включающий часть второй поверхности полного внутреннего отражения, причем второй элемент выполнен симметричным относительно оси направления света с первым элементом. Устройство может дополнительно включать второе плоское оптическое окно, расположенное на конце второго элемента, причем второе плоское оптическое окно установлено, по существу, перпендикулярно оси направления света, второе плоское оптическое окно дополнительно выполнено симметричным относительно оси направления света с первым плоским оптическим окном. В другом варианте воплощения настоящее изобретение направлено на устройство перенаправления света, которое может содержать первый конец, на который поступает свет от источника света, второй конец, через который выходит принятый свет, причем второй конец расположен на противоположном конце устройства по отношению к первому концу, первый элемент, расположенный на третьем конце устройства перенаправления света, причем первый элемент содержит внешнюю стенку, включающую поверхность полного внутреннего отражения, второй элемент, расположенный на четвертом конце устройства перенаправления света, причем четвертый конец расположен на противоположном конце устройства перенаправления света по отношению к третьему концу, второй элемент содержит внешнюю стенку, имеющую поверхность полного внутреннего отражения, и ось, расположенную между третьим концом и четвертым концом, причем эта ось расположена перпендикулярно к первому концу. Первая поверхность и вторая поверхность позволяют перенаправлять принятый свет в направлении второго конца. В другом варианте воплощения настоящее изобретение направлено на способ построения отражающей поверхности для преобразователя света, который включает этапы задания максимального и ми-1 007378 нимального выходных углов, выбора места расположения части преобразователя света по отношению к источнику света, от которого поступает свет, и итерационного поточечного расчета отражающей поверхности оптического преобразователя путем получения соответствующего прироста выходного угла для каждого шагового увеличения входного угла, причем взаимосвязанный прирост выходного угла соответствует заранее определенному распределению выходной интенсивности для отражения света, получаемого от источника света, в соответствии с заданными значениями максимального и минимального выходных углов на основе заданного местоположения части преобразователя света. В другом варианте воплощения настоящее изобретение направлено на устройство, предназначенное для преобразования и излучения света, которое содержит источник света, преобразователь света, содержащий криволинейную круглую отражающую внутреннюю поверхность, которая отражает свет, излучаемый источником света с заранее определенной диаграммой направленности, причем существенное количество света отражается вблизи оси, совпадающей с радиальной линией, определяющей радиус круглой отражающей внутренней поверхности, и оптическое окно пропускает свет наружу от преобразователя света. Отражающая внутренняя поверхность может отражать свет под угломдля получения интенсивности, пропорциональной 1/(tg2). Отражающая внутренняя поверхность может дополнительно отражать лучи света под различными углами для компенсации обратной пропорциональной зависимости между воспринимаемой интенсивностью и расстоянием от источника света. Краткое описание чертежей Предпочтительные варианты воплощения настоящего изобретения будут описаны со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых одинаковыми номерами обозначены одни и те же элементы, и на которых фиг. 1 изображает вид в перспективе преобразователя света в соответствии с одним из вариантов воплощения; фиг. 2 - вид в перспективе другого преобразователя света; фиг. 3 - в поперечном разрезе полуутопленный осветительный прибор с равномерной диаграммой направленности в соответствии с другим вариантом воплощения; фиг. 4 - вид в перспективе преобразователя света в соответствии с другим вариантом воплощения; фиг. 5 - вид сверху на систему освещения с преобразователем света в соответствии с другим вариантом воплощения; фиг. 6 - в поперечном разрезе преобразователя света в соответствии с другим вариантом воплощения; фиг. 7 - оптическую схему преобразователя света, показанного на фиг. 6; фиг. 8 - блок-схему системы разработки преобразователя света; фиг. 9 - блок-схемы модуля разработки преобразователя света; фиг. 10 - оптическую схему преобразователя света с равномерной диаграммой направленности; фиг. 11(а)-(с) - примеры, иллюстрирующие компенсацию обратной квадратичной зависимости с использованием интенсивности источника света; фиг. 12 - пример, иллюстрирующий расчет отражающей поверхности; фиг. 13 - диаграмму последовательности выполнения операций при расчете преобразователя света; фиг. 14(а)-(с) - примеры, иллюстрирующие систему, которая позволяет сформировать равномерную диаграмму направленности излучения света в горизонтальной плоскости с точно определенным распределением интенсивности источника света в вертикальной плоскости; фиг. 15(a) и (b) - примеры, иллюстрирующие получение огибающей кривой и перекрытие диаграммы направленности интенсивности системы освещения; фиг. 16 - вертикальный разрез тороидального прецизионного оптического преобразователя; фиг. 17 - оптический преобразователь для приподнятого преобразователя света с равномерной диаграммой направленности. Подробное описание предпочтительных вариантов воплощения На фиг. 1 показан в перспективе преобразователь 100 света с равномерной диаграммой направленности в соответствии с одним из вариантов воплощения. Интегрированный преобразователь 100 света содержит оптическое окно 110 и основание 120. Оптическое окно 110 представляет собой окно с равномерной направленностью или может содержать любое другое средство, предназначенное для передачи света, такое как линзы, диффузоры или открытые участки. Когда требуется, чтобы преобразователь 100 света распределял свет с равномерной диаграммой направленности на 360, такой преобразователь 100 может быть выполнен круглым, как показано на чертеже. Для получения отличающихся диаграмм направленности распределения света могут использоваться другие формы и различные маски. Например,часть оптического окна 110 может быть закрыта маской для распределения света только через определенную часть преобразователя 100 света. На фиг. 2 показан другой вид в перспективе преобразователя 100 света. На фиг. 2 показано, что преобразователь 100 включает в себя произвольную асферическую отражающую поверхность 130. Отражающая поверхность 130 может представлять собой изогнутую криволинейную коническую отра-2 007378 жающую внутреннюю поверхность. При работе такого светильника свет может проходить от нижней части преобразователя света на отражающую поверхность 130. Отражающая поверхность 130 затем отражает свет через оптическое окно 110, и свет затем выходит из преобразователя 100 света. На фиг. 3 показан поперечный разрез полуутопленного осветительного прибора 300 с равномерной диаграммой направленности. На чертеже показаны полуутопленный осветительный прибор 300 с равномерной диаграммой направленности, содержащий преобразователь 100 света, источник 310 света, корпус 320, разъем 330, печатную плату 340, стрелками показаны лучи 350, 352 света. Полуутопленный осветительный прибор 300 с равномерной диаграммой направленности также включает уплотнительную пластину 360, ребро 370, уплотнитель 380 и соединитель 390. Источник 310 света может представлять собой светоизлучающий диод или любое другое устройство, излучающее свет. Разъем 330 позволяет подключать электрический разъем к внешней цепи, по которой поступает напряжение питания и сигнал управления осветительным прибором 300 с равномерной диаграммой направленности. Электрическое соединение с источником 310 света обеспечивается с помощью печатной платы 340, разъема 330 и электрических цепей, используемых для обеспечения работы полуутопленного осветительного прибора 300 с равномерной диаграммой направленности. На печатной плате 340 также могут быть установлены цепи управления и источник питания так, что осветительный прибор 300 может работать независимо от внешних цепей и источника питания. При работе источник 310 света излучает лучи 350, 352 света по направлению к отражающей поверхности 130. Лучи 350, 352 отражаются в соответствии с кривизной отражающей поверхности 130. Луч с минимальным углом по отношению к вертикальной оси отражается в направлении максимального подъема (луч 352), и луч с максимальным углом отражается в направлении минимального подъема (луч 350). Благодаря этому, формируется узкий выходящий луч, что требуется для минимизации вертикального размера прозрачной стенки. Предпочтительно большая часть, в процентном отношении, лучей 350-352 света отражается по пути луча 350. Например, 70% света, излучаемого источником 310 света, может отражаться, по существу, вдоль пути луча 350 света, 10%, по существу, вдоль пути луча 352 света и остальные 20%, по существу, между путями лучей 350 и 352. Поэтому осветительный прибор 300 будет иметь более высокую интенсивность излучения при меньших углах и почти весь свет, излучаемый осветительным прибором, будет направляться с заранее определенной диаграммой направленности. В частности, осветительный прибор 300 позволяет перенаправлять свет таким образом, чтобы освещенность на большом расстоянии (т.е. при более малых углах наблюдения) была равна освещенности на малом расстоянии (т.е. при более высоких углах наблюдения). Поэтому по мере того, как водитель в автомобиле приближается к осветительному прибору 300, он может воспринимать свет с одинаковой интенсивностью на больших расстояниях и на малых расстояниях от осветительного прибора 300. На фиг. 4 показан в перспективе осветительный прибор 500 в соответствии с другим вариантом воплощения. Осветительный прибор 500 содержит преобразователь 600 света и систему 800 освещения,содержащую множество источников 700 света. При работе преобразователь 600 света может быть установлен поверх системы 800 освещения для приема и распределения света от источников 700 света. На фиг. 5 показан вид сверху на систему 800 освещения, предназначенную для работы с преобразователем света. Система освещения включает источники 700 света. Источники 700 света могут представлять собой светодиоды или любые другие устройства, используемые для излучения света. Источники 700 света могут быть установлены по окружности в системе 800 освещения или могут быть установлены вдоль части окружности системы 800 освещения так, чтобы излучать свет только в части системы 800 освещения. На фиг. 6 схематично показан в поперечном разрезе преобразователь 600 света. Преобразователь 600 света включает окно, такое как окно 610, асферическую линзу 620, общие поверхности 630 и 635 полного внутреннего отражения (ПВО (TIR и прозрачные или оптические окна 640 и 645. Поверхности 630 и 635 ПВО могут быть выполнены в виде криволинейных круглых отражающих внутренних поверхностей или произвольных асферических отражающих поверхностей. На фиг. 7 показан схематически в поперечном разрезе преобразователь света. На фиг. 7 изображен источник 700 света, лучи 710-750 света которого распределяются через часть преобразователя 600 света. Источник света может представлять собой светодиод или любое другое устройство, пригодное для излучения света. При работе источник 700 света излучает лучи 710-750 света по направлению к преобразователю 600 света. Лучи 710-750 света попадают в преобразователь 600 света через окно 610. Как показано на чертеже, луч 730 света проходит по прямой линии от источника света вдоль оси, совпадающей с радиальной линией, определяющей радиус круглой отражающей внутренней поверхности. Лучи 720, 730 и 740 света, которые попадают непосредственно на поверхность 620, преломляются в направлении с малым расхождением или, по существу, параллельно лучу 730. Лучи 750 и 710 света, которые падают на поверхности 630 и 635, отражаются через прозрачные окна 640 и 645 в направлении с малым расхождением или, по существу, параллельно лучу 730 света. На фиг. 8 показан пример блок-схемы системы 900, предназначенной для расчета преобразователя света. Система 900 для расчета преобразователя света может включать блок 910 обработки конструкции,-3 007378 входное устройство 920, выходное устройство 930 и базу 940 данных. Блок 910 обработки конструкции может представлять собой процессор, персональный компьютер, универсальную вычислительную машину, карманный компьютер или любое другое устройство, используемое для обработки данных. Входное устройство 920 может представлять собой клавиатуру, систему распознавания голоса, модем, сканер или любое другое устройство, используемое для ввода данных. Выходное устройство 930 может представлять собой видеомонитор, принтер, модем или любое другое устройство, используемое для вывода данных. Выходное устройство 930 также может представлять собой систему механической обработки,предназначенную для изготовления преобразователя света. База 940 данных может быть загружена в запоминающее устройство, расположенное в блоке 910 обработки конструкции, записана на компактдиске, на гибком диске, жестком диске или хранится в любом другом устройстве, используемом для накопления данных. При работе входное устройство 920 используется для ввода данных в блок 910 обработки конструкции. Данные могут вводиться пользователем системы 900. Блок 910 обработки конструкции позволяет обрабатывать данные и записывать их в базу 940 данных. Блок обработки конструкции также позволяет считывать данные из базы 940 данных для обработки. Блок 910 обработки конструкции также позволяет посылать данные на выходное устройство 930. Выходное устройство 930 может распечатывать или отображать данные для пользователя. Выходное устройство 930 может, кроме того, осуществлять механическую обработку преобразователя света на основе поступающих данных. На фиг. 9 показан пример блок-схемы модуля 1000 разработки преобразователя света. Модуль 1000 разработки преобразователя света может включать контроллер 1050, запоминающее устройство 1040,интерфейс 1010 ввода/вывода, интерфейс 1020 базы данных и шину 1030. Контроллер 1050 управляет работой системы 900 разработки преобразователя света и осуществляет обмен данными со входным устройством 920 и выходным устройством 930 через сетевой интерфейс 1010 и с базой 940 данных через интерфейс 1020 базы данных. При работе, когда проектировщик использует, например, входное устройство 920, может осуществляться доступ к блоку 910 обработки конструкции, и передаваемые сигналы могут направляться контроллером 1050 в блок 910 обработки конструкции. В описываемом примере контроллер 1050 работает в соответствии с настоящим изобретением, при этом в него поступают значения максимального и минимального выходных углов и информация о расположении части преобразователя света по отношению к источнику света. Контроллер 1050 осуществляет итерационное вычисление точек на поверхности преобразователя света, которые отражают свет, передаваемый от источника света в соответствии с полученными значениями максимального и минимального выходных углов, на основе заданного расположения части преобразователя света. Модуль 1000 разработки может использоваться для расчета произвольной асферической отражающей поверхности, например, отражающих поверхностей 130, 630 или 635, которые обеспечивают равномерные диаграммы направленности в горизонтальном направлении с точной, заранее определенной характеристикой распределения интенсивности света в вертикальной плоскости, с использованием одиночного источника света или множества источников света с заданными фотометрическими характеристиками. На фиг. 10 схематически представлен пример системы 1100 преобразователя света с равномерной диаграммой направленности. Система 1100 преобразователя света с равномерной диаграммой направленности включает преобразователь 1110 света с равномерной диаграммой направленности, аналогичный преобразователю 100 света, содержащий окно 1120 с равномерной направленностью и асферическую отражающую поверхность 1130. Система 1100 преобразователя света с равномерной диаграммой направленности также может включать источник 1140 света, такой как светодиод. Асферическая отражающая поверхность 1130 может быть рассчитана таким образом, чтобы все лучи света, излучаемые источником 1140 света, отражались через окно 1120 с равномерной диаграммой направленности в угловом диапазоне от 'min до 'max. Луч с минимальным углом по отношению к вертикальной оси (min) должен отражаться в направлении максимального подъема ('max) и луч с максимальным углом (max) должен отражаться в направлении минимального подъема ('min). Благодаря этому формируются выходные лучи с узкой диаграммой направленности для минимизации вертикального размера окна. На фиг. 11(а)-(c) представлены примеры, иллюстрирующие компенсацию обратной квадратичной зависимости с использованием интенсивности источника света с угловым распределением f'(') =l/tg2('). На фиг. 11(a)-(c) показан наблюдатель 1220, который наблюдает свет, излучаемый преобразователем света или источником 1210 света. Для анализа опишем пространственное распределение интенсивности света источника 1210 света с помощью некоторой известной функции f. Предположим, что на выходе преобразователя света получается распределение интенсивности света в вертикальной плоскости, описываемое произвольной функцией f('), которое удовлетворяет заранее определенным заказанным требованиям. Например, если требуется обеспечить одинаковую видимость на различных расстояниях (т.е. компенсировать обратную квадратичную зависимость), эта функция должна представлять собой обратную функцию tg2('). Обратная квадратичная зависимость представляет собой где Е представляет освещенность,I представляет интенсивность источника света,D обозначает расстояние. Поскольку и или где с - постоянная. Расчет отражающей поверхности 1130 представляет собой итерационный процесс. На фиг. 12 проиллюстрировано, как производится расчет отражающей поверхности 1320 шаг за шагом для ряда излучаемых лучей АВ, АС и т.д., с приращением . На фиг. 12 показан источник 1310 света и выходное окно 1330. Если расчет отражающей поверхности 1320 проводится от точки О вершины до точки В, следующая точка С отражающей поверхности 1320 может быть получена с использованием уравнения аf= f(')'(1) где а представляет постоянную для полного цикла расчета. Условие, представленное в уравнении (1),означает, что выходная энергия в секторе ' равна излучаемой энергии в секторес коэффициентом а. Коэффициент а представлен в уравнении (2)(2) С использованием выходной функции мощности f(') пограничные условия min и max будут однозначно определять коэффициент а. Таким образом, как показано на фиг. 12, когда ' = 'F и'F = 'L + ' представляет собой местный угол конуса отражения, может быть найдено значениепо закону отражения, как(4) Координата точки С, которая является следующей после известной точки В, может быть получена как точка пересечения луча АС с местной конической поверхностью из системы линейных уравнений(5) где второе уравнение представляет собой уравнение луча от точки А под угломпо отношению к оси Z. Таким образом,(6) иYc=Zctg Этот процесс может повторяться от точки С до новой точки отражающей поверхности 1320 до тех пор, пока выходной угол ' не достигнет 'max. На фиг. 13 представлена схема последовательности выполнения операций при расчете преобразователя света с помощью контроллера 1050. На этапе 1405 исходные данные поступают в контроллер 1050. Исходные данные могут содержать значение минимального угла, максимального угла и места положения или расстояния от исходной конструктивной точки (АО) преобразователя света до источника света. На этапе 1410 контроллер 1050 вычисляет постоянную асимметричной отражающей поверхности на основе заданных значений минимального и максимального входных углов. На этапе 1415 контроллер 1050 устанавливает исходные точки и углы для процесса разработки. На этапе 1420 контроллер 1050 вычисляет местные углы отражающей поверхности преобразователя света. На этапе 1425 контроллер 1050 вычисляет координаты следующей точки на отражающей поверхности преобразователя света. На этапе 1430 контроллер 1050 вычисляет разность углов отражения отражающей поверхности преобразователя света. На этапе 1435 контроллер 1050 устанавливает новую точку для отражающей поверхности преобразователя света. На этапе 1440 контроллер 1050 определяет, является ли расчетный угол отражения больше, чем заданное значение минимального угла. Если расчетный угол отражения не превышает заданное значение-5 007378 минимального угла, контроллер 1050 возвращается на этап 1420. Если расчетное значение угла отражения будет больше, чем установленное значение минимального угла, контроллер 1050 переходит на этап 1445. На этапе 1445 контроллер 1050 выводит конечную конструкцию отражающей поверхности преобразователя света. На этапе 1450 последовательность выполнения операций заканчивается. Этот способ поясняет, как контроллер 1050 позволяет разрабатывать преобразователь света, который имеет заранее определенную диаграмму распределения света. В соответствии с этим, контроллер 1050 итерационно рассчитывает точки на поверхности преобразователя света, которые отражают свет,поступающий от источника света, в соответствии с заданными максимальным и минимальным выходными углами на основе заданного расположения части преобразователя света. В некоторых случаях, когда распределение интенсивности одного источника света не обеспечивает адекватное освещение, в соответствии с заданными условиями, может использоваться альтернативная конструкция с применением множества источников света, такая как изображена на фиг. 5, описанной выше. На фиг. 14(а)-(с) представлена система 1500, которая обеспечивает равномерную диаграмму направленности света в горизонтальном направлении с точно заданным распределением интенсивности света в вертикальной плоскости. Ряд идентичных источников 1510 света формирует круговой массив в горизонтальной плоскости (XOY) и окружены тороидальным прецизионным оптическим преобразователем 1520. Этот преобразователь 1520 разработан таким образом, что он обеспечивает минимальное влияние на распределение интенсивности в горизонтальной плоскости и обеспечивает заранее заданное точное распределение интенсивности в вертикальной плоскости. Например, на фиг. 14(b) изображен вид сбоку в разрезе, показывающий, как преобразователь обеспечивает распределение интенсивности от углападения входного света до угла ' выходного света, где /2 и '/2 представляет половину значенияи' соответственно. На фиг. 14(c) показано, как создается горизонтальная диаграмма направленности путем наложения отдельных выходных диаграмм ', 2', 3' и т.д. направленности. Когда задано требуемое угловое распределение интенсивности для определенного источника 1510 света, можно выбрать количество источников 1510 света и их относительное расположение для получения горизонтальной огибающей с заранее определенной степенью неравномерности. На фиг. 15(a) и (b) представлены примеры, иллюстрирующие получаемую в результате огибающую и диаграмму распределения совмещенной интенсивности соответственно для системы 1500. На фиг. 15(a) и (b) показан пример с использованием 10 светодиодов, расположенных через равные углы 36, что позволяет получить огибающую с неравномерностью 5%. На фиг. 16 показан в вертикальном поперечном разрезе тороидальный прецизионный оптический преобразователь 1700. Вертикальная диаграмма направленности создается благодаря комбинации асферической линзы 1710, которая расположена в центральной части оптического преобразователя (АОВ) и элементов 1720 и 1730. Например, элемент 1730 включает край (CDE) преобразователя. Элементы 1720 и 1730 могут содержать плоские оптические окна 1740 и 1750 и поверхности 1760 и 1770 полного внутреннего отражения. Асферическая линза 1710 преобразует все лучи, излучаемые под углом 1/2 в виде диаграммы направленности, ограниченной выходным лучом под углом 'max (например, луч 1'). Эффективность по краям обеспечивается полным внутренним отражением и, в результате, все лучи, излучаемые между углами 1/2 и 2/2, будут отражаться от поверхности 1770 полного внутреннего отражения и выходить через плоское оптическое окно 1750, направляясь в диапазоне между углами "min и "max (например, луч 2'). Формы для профиля асферической линзы и поверхности полного внутреннего отражения могут быть рассчитаны как функции заранее определенного распределения интенсивности в вертикальной плоскости, используя методологию и процедуры, описанные по отношению к фиг. 9-14. Эта концепция и конструкция позволяет получить преобразование света с очень высоким отношением (/1 до 50), которое является не практичным при использовании обычной асферической оптики,из-за необоснованно больших размеров. На фиг. 17 представлен оптический преобразователь для приподнятого светильника с круговой диаграммой направленности. Такой светильник может включать источник 1810 света, входную поверхность 1820, отражающую поверхность 1830 и канал 1840 света. Источник 1810 света может быть расположен на расстоянии d от входной поверхности 1820. Кроме того, входная поверхность может быть выполнена полусферической с радиусом R. Отражающая поверхность 1830 может быть рассчитана в соответствии со способом, описанным со ссылкой на фиг. 9-14. При работе источник 1810 света излучает свет через входную поверхность 1820. Входная поверхность 1820 направляет свет через канал 1840 света, благодаря полному внутреннему отражению от отражающей поверхности 1830. Отражающая поверхность 1830 отражает свет в соответствии с требуемой диаграммой распределения света. Например, отражающая поверхность 1830 может отражать свет под углом ', где ' находится между ' min и 'max. Кроме того, отражающая поверхность может отражать свет аналогично полуутопленному источнику 300 света с равномерной диаграммой направленности, который показан на фиг. 3. Способ в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно воплощен на основе запрограммированного процессора. Однако этот способ может также осуществляться на компьютере общего-6 007378 назначения или на специальном компьютере, на программируемом микропроцессоре или микроконтроллере с использованием периферийных элементов на интегральных схемах, ASIC (специализированные интегральные схемы) или других интегральных схемах, аппаратных, электронных или логических схемах, таких как схемы на дискретных элементах, программируемом логическом устройстве, таком как(программируемая пользователем вентильная матрица) или PAL (программируемая матричная логика) или т.п. В общем, любое устройство, на котором может быть построен конечный автомат, позволяющий осуществлять последовательность операций, представленную на чертежах, может использоваться для воплощения функции процессора в соответствии с настоящим изобретением. Хотя настоящее изобретение было описано на примерах его конкретных вариантов воплощения,очевидно, что множество альтернативных вариантов, модификаций и вариаций будут понятны для специалистов в данной области техники. В соответствии с этим, предпочтительные варианты воплощения настоящего изобретения, представленные в настоящем описании, предназначены для иллюстрации, а не для ограничения. Различные изменения могут быть выполнены без отхода от объема и сущности настоящего изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ построения отражающей поверхности для преобразователя света, включающий задание максимального и минимального выходных углов, расположение части преобразователя света в заданном местоположении по отношению к источнику света, от которого поступает свет, итерационный поточечный расчет конфигурации отражающей поверхности оптического преобразователя путем обеспечения соответствующего прироста выходного угла для каждого шагового увеличения входного угла с учетом заранее определенного распределения выходной интенсивности для отражения света, поступающего от источника света, в пределах заданных максимального и минимального выходных углов и построение названной отражающей поверхности по результатам итерационного поточечного расчета. 2. Устройство излучения света с заданной диаграммой направленности, содержащее корпус, имеющий основание, источник света, расположенный в корпусе вблизи основания, преобразователь света,включающий криволинейную коническую отражающую поверхность, обращенную вершиной в сторону основания, способную отражать большую часть света, излучаемого источником света, который расположен на оси конической поверхности, и обеспечивающую диаграмму направленности, которая имеет заранее рассчитанное угловое распределение интенсивности света, и оптическое окно для вывода наружу света от преобразователя света, имеющее форму конической поверхности, расположенное так, что позволяет выводить отражнный от криволинейной конической поверхности свет. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что отражающая поверхность выполнена с возможностью отражения существенного количества света в направлении, по существу перпендикулярном оси конической отражающей поверхности. 4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что отражающая поверхность выполнена с возможностью отражения лучей света, поступающих под различными углами, под угломс интенсивностью, пропорциональной 1/(tg2), для компенсации действия закона обратной квадратичной зависимости освещенности. 5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что для минимизации вертикального размера окна, криволинейная коническая отражающая поверхность выполнена с возможностью отражения света, излучаемого источником так, что луч, падающий под минимальным углом по отношению к вертикальной оси, отражается в направлении максимального подъема по отношению к горизонтальной оси, и луч, падающий под максимальным углом по отношению к вертикальной оси, отражается в направлении минимального подъема по отношению к горизонтальной оси. 6. Осветительный прибор, предназначенный для направления и перераспределения света от источника с образованием заранее определнной структуры с малыми углами расхождения или, по существу,параллельно оси направления света, содержащий светопреобразователь, у одной стороны которого расположен источник света, свет от которого распространяется в направлении противоположной стороны преобразователя, где свет выводится, и включающий в себя первый оптический элемент, расположенный между названными сторонами, содержащий поверхность полного внутреннего отражения, которая перенаправляет получаемый свет в направлении стороны преобразователя, через которую свет выводится, и первое плоское оптическое окно, расположенное за поверхностью полного оптического отражения по ходу лучей света, по существу, перпендикулярно оси направления света, второй оптический элемент,расположенный напротив первого оптического элемента, симметрично ему, содержащий поверхность полного внутреннего отражения, которая перенаправляет получаемый свет в направлении стороны преобразователя, через которую свет выводится, и второе плоское оптическое окно, расположенное за этой поверхностью полного оптического отражения по ходу лучей света, по существу, перпендикулярно оси направления света, а также асферическую линзу, расположенную между первым и вторым плоскими оптическими окнами так, что входная сторона линзы обращена к стороне преобразователя, у которой рас-7 007378 положен источник света, и выходная сторона обращена к стороне преобразователя, через которую выводится свет. 7. Преобразователь по п.6, отличающийся тем, что дополнительно содержит множество источников света, расположенных, по существу, в виде кругового массива, с возможностью излучения света заранее определенной структуры по всем направлениям, а оптический преобразователь имеет тороидальную круговую форму и установлен, по существу, концентрично по отношению к множеству источников света.

МПК / Метки

МПК: F21V 7/00

Метки: обеспечивающий, интенсивности, оптическим, света, заданное, преобразованием, осветительный, угловое, прибор, распределение

Код ссылки

<a href="http://easpatents.com/14-7378-osvetitelnyjj-pribor-s-opticheskim-preobrazovaniem-obespechivayushhijj-zadannoe-uglovoe-raspredelenie-intensivnosti-sveta.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Осветительный прибор с оптическим преобразованием, обеспечивающий заданное угловое распределение интенсивности света</a>

Похожие патенты