Světelný zdroj s difrakční strukturou, zejména pro řízené směrování osvícené plochy

Oblast techniky

Technické řešení se týká světelného zdroje s difrakční strukturou, zejména pro řízené směrování osvícené plochy, který je určen především pro osvit venkovních ploch při komunikacích, sportovních hřišť, průmyslových ploch a pro podobné případy s možností určení osvitu plochy podle předem potřebných požadavků.

Dosavadní stav techniky

V poslední době je snaha o zdokonalení osvitu venkovních ploch na předem uřčená místa v souvislosti jednak s potlačením hluchých míst, kde potřeba osvitu není potřebná nebo i dokonce nežádoucí, jako v případech, kdy dochází k oslňování okolí. Tento problém například vzniká při nadbytečném osvětlování okolních příbytků od pouličního osvětlení, nebo jsou světelné zdroje umístěny na takových místech, kde dochází k oslňování silničního nebo drážního provozu. Řízená osvětlovací tělesa jsou i vítaná například u přistávacích drah letišť, které tímto umožňují přesné určení přistávací plochy apod. Současně je vydávána energie pro osvit v místech, která osvit nepotřebují.

S novými technologiemi LED svítidel se nabízí nové možnosti tyto nedostatky odstranit. Uplatňují se různé regulátory osvětlení jako například u veřejného osvětlení instalací regulátorů osvětlení - elektronicky řízených autotransformátorů. Stanovují se vhodné okruhy veřejného osvětlení, jejichž charakter a provozní podmínky vytvářejí reálný předpoklad pro dosažení zajímavých úspor.

Účelem technického řešení je výše uvedené nedostatky odstranit včetně úspory elektrické energie a současně zajistit osvětlení předem určených míst a eliminovat ta místa, která osvětlení nevyžadují. Je u něho využito holografické řešení, difrakční - holografické řešení, které nahrazuje systém čoček jediným difrakčním prvkem, který se vylisuje buďto na ochranný kryt svítidla, nebo přímo na samotnou LED diodu. Teoreticky lze takovým prvkem vyformovat osvětlovací svazek do libovolného asymetrického tvaru s vysokým kontrastem na rozhraní osvětlené a neosvětlené části, což klasickou cestou de facto nelze a ušetřit tak značnou část energie, kdy nejsou zbytečně osvětlovány plochy mimo oblast zájmu, navíc homogenitu osvětlené plochy upravovat vhodným návrhem difrakčního prvku.

Podstata technického řešení

Shora uvedené nedostatky ve velké míře odstraňuje a účel technického řešení splňuje světelný zdroj s difrakční strukturou, zejména pro řízené směrové osvětlení plochy, kde mezi alespoň jednou LED diodou a osvětlovanou plochou je umístěna difrakční struktura na rovinné podložce a nebo zakřivené podložce, podle technického řešení, jehož podstata spočívá v tom, že difrakční struktura uložená na rovinné podložce je tvořena mikrostrukturou složenou z vrypů s asymetrickým profilem s periodou 500 nm až 1 mm a hloubkou 500 nm až 100 pm, přičemž každé místo (x, χΐ,.,.χ.η) difrakční struktury je osvětleno LED diodou pod odpovídajícím úhlem (a, a.l....a.n), přičemž světlo po průchodu difrakční strukturou je odkloněno pod odpovídajícím úhlem dopadu (a'., a'l....a'.n) na osvětlovanou plochu a přičemž spektrální charakteristika v každém bodě osvětlované plochy je identická se spektrální charakteristikou LED diody a/nebo je spektrální charakteristika v každém bodě osvětlované plochy odlišná od spektrální charakteristiky LED diody a má požadovaný definovaný prostorový průběh.

Osvětlovaná plocha anebo její část má tvar obrazce nebo textu. Difrakční struktura je umístěna na obecně zakřivené podložce. Difrakční struktura je umístěna uvnitř objemu zakřivené podložky. Difrakční struktura sestává z několika za sebou řazených difrakčních struktur na rovin-1 CZ 28259 Ul ných podložkách a/nebo zakřivených podložkách. Na osvětlované ploše existuje jedna nebo více částí této plochy nepokrytých dopadajícím světlem od LED diody.

Výhody provedení světelného zdroje podle technického řešení spočívají v možnosti osvícení plochy na předem určených jejich částech, možnost vytvoření na osvětlované ploše textové nebo obrazové prvky a různá označení, jako jsou například přechody pro chodce, vodorovné silniční značení či reklamní sdělení a informace. Zakřivená podložka vykazuje spektrálně závislou absorpci světla a upravuje spektrální charakteristiku záření dopadajícího z LED diody na osvětlovanou plochu.

Objasnění výkresů

Pro bližší objasnění technického řešení jsou připojena schematická zobrazení, kde na obr. 1 je zakreslena základní konfigurace světelného zdroje, kde jsou patrny LED diody jako zdroj světla a osvětlovaná plocha, mezi nimiž je umístěna difrakční struktura na rovinné podložce a průnik světelného záření touto difrakční strukturou.

Obr. 2 představuje difrakční strukturu umístěnou na zakřivené podložce.

Na obr. 3 je znázorněno provedení světelného zdroje, kde difrakční struktura sestává z několika za sebou řazených difrakčních struktur na rovinných nebo zakřivených podložkách.

Příklad uskutečnění technického řešení

Základní konfigurace světelného zdroje je znázorněna na obr. 1, kde je patrný zdroj světla tvořený LED diodami i a kde je též patrné směrování světelného toku na osvětlovanou plochu 3. Mezi LED diodami 1 a osvětlovanou plochou 3 je umístěna difrakční struktura 2 uložená na rovinné podložce 4. Tato difrakční struktura 2 je tvořena mikrostrukturou složenou z vrypů s asymetrickým profilem s periodou 500 nm až 1 mm a hloubkou 500 nm až 100 pm zajišťující směrování dopadajícího světla po průchodu mikrostrukturou a kde každé místo χ, χ.Ι,.,.χ.η difrakční struktury 2 je osvětleno pod odpovídajícím úhlem a, α.Ι,.,.α.η a přičemž světlo po průchodu difrakční strukturou 2 je odkloněno pod odpovídajícím úhlem dopadu a¹, 0(/.1....(¾¹^ na osvětlovanou plochu 3. Spektrální charakteristika v každém bodě osvětlované plochy 3 je identická se spektrální charakteristikou LED diody 1.

Obr. 2 představuje konfiguraci světelného zdroje podle technického řešení s použitím difrakční struktury 2,1 uložené na zakřivené podložce 4.1. Opět je zde znázorněn světelný zdroj tvořený LED diodou i a světelný tok procházející difrakční strukturou 2.1 v místech χ. χ.Ι,.,.χ.η pod příslušnými úhly α, α.Ι,.,.α.η a dopadajícím na osvětlovanou plochu 3 pod úhly dopadu a', a.l....a'.n.

Na obr. 3 je znázorněno provedení světelného zdroje podle technického řešení s využitím soustavy za sebou řazených difrakčních struktur rovinných nebo zakřivených 2, 2.1....2.n umístěných mezi LED diodou 1 a osvětlovanou plochou 3.