ITMI20102431A1 - LED LIGHTING DEVICE PARTICULARLY FOR ROAD LIGHTING AND THE METHOD FOR THE DESIGN OF THE SAME - Google Patents
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Description
DISPOSITIVO DI ILLUMINAZIONE A LED PARTICOLARMENTE PER ILLUMINAZIONE STRADALE E METODO PER LA PROGETTAZIONE LED LIGHTING DEVICE PARTICULARLY FOR STREET LIGHTING AND METHOD FOR DESIGN
DELLO STESSO OF THE SAME
La presente invenzione si riferisce a un dispositivo di illuminazione a LED e a un metodo per la progettazione dello stesso particolarmente, ma non esclusivamente, utili nel settore dell’illuminotecnica stradale. The present invention relates to a LED lighting device and a method for designing the same particularly, but not exclusively, useful in the road lighting sector.
Con il generico termine “strada†si intendono strade urbane ed extraurbane, incroci stradali, rotonde, zone di conflitto, aree pedonali, marciapiedi, piste ciclabili, aree di parcheggio e, in generale, aree destinate alla circolazione di persone e veicoli. The generic term â € œroadâ € means urban and extra-urban roads, road crossings, roundabouts, conflict zones, pedestrian areas, sidewalks, cycle paths, parking areas and, in general, areas intended for the circulation of people and vehicles.
L'illuminazione della sede stradale nelle ore notturne ha il principale scopo di consentire agli utenti condizioni di guida sicura, evitando situazioni di circolazione precaria e conseguentemente pericolose. Un ulteriore scopo dell’illuminazione notturna à ̈ quello di garantire la sicurezza pubblica delle persone. The lighting of the roadway at night has the main purpose of providing users with safe driving conditions, avoiding precarious and consequently dangerous traffic situations. A further purpose of night lighting is to ensure the public safety of people.
L’utente della strada deve riuscire a percepire nitidamente e tempestivamente l'andamento della stessa, la presenza di ostacoli e la segnaletica. The road user must be able to clearly and promptly perceive the course of the road, the presence of obstacles and the signs.
In ogni momento, quindi, il tracciato e i dettagli della strada devono risultare chiaramente visibili al guidatore, mentre gli ostacoli che possono risultare pericolosi devono essere percepiti per tempo. At all times, therefore, the layout and the details of the road must be clearly visible to the driver, while the obstacles that can be dangerous must be perceived in time.
Tali requisiti vengono soddisfatti mediante una illuminazione continua e uniforme della strada. These requirements are met by continuously and uniformly illuminating the road.
In base alle normative vigenti, la strada à ̈ classificata in differenti categorie in funzione del tipo di utente e del tipo di circolazione a cui à ̈ destinata. Per ogni categoria, le normative richiedono il rispetto di alcuni requisiti prestazionali che possano garantire l’idoneità dell’impianto di illuminazione. According to the regulations in force, the road is classified into different categories according to the type of user and the type of traffic for which it is intended. For each category, the regulations require compliance with certain performance requirements that can guarantee the suitability of the lighting system.
I fattori che determinano la qualità di un impianto di illuminazione stradale sono il livello (valore medio) di luminanza/illuminamento, l’uniformità di luminanza/illuminamento e la limitazione dell’abbagliamento. In base alla categoria della strada, i requisiti normativi si riferiscono all’illuminamento oppure alla luminanza. The factors that determine the quality of a street lighting system are the level (average value) of luminance / illuminance, the uniformity of luminance / illuminance and the limitation of glare. Depending on the category of the road, the regulatory requirements refer to illuminance or luminance.
E’ importante sottolineare che la luminanza di un oggetto dipende dalla quantità di luce che lo stesso rimanda all’occhio dell’osservatore quando questo viene investito da un flusso luminoso. La luminanza di un oggetto rappresenta la sua luminosità percepita da un osservatore e dipende dalle caratteristiche riflettenti dell’oggetto e dal livello di illuminamento. Quest’ultima grandezza fisica à ̈ definita come il flusso luminoso per unità di area che incide sull’oggetto. It is important to underline that the luminance of an object depends on the amount of light it sends back to the observerâ € ™ s eye when it is hit by a luminous flux. The luminance of an object represents its luminosity perceived by an observer and depends on the reflective characteristics of the object and the level of illumination. This last physical quantity is defined as the luminous flux per unit of area that affects the object.
Tale livello di illuminamento deve essere sufficientemente elevato da garantire una visibilità ottimale per il conducente, rendendo la guida sicura e confortevole. This level of illumination must be high enough to guarantee optimum visibility for the driver, making driving safe and comfortable.
L’uniformità di luminanza generalmente viene distinta in generale e longitudinale. Luminance uniformity is generally distinguished in general and longitudinal.
In particolare, con riferimento all’illuminotecnica stradale, à ̈ definita uniformità generale il rapporto tra il valore minimo e il valore medio di luminanza su una porzione di strada; diversamente, l’uniformità longitudinale à ̈ definita come il rapporto tra il valore minimo e il valore massimo di luminanza lungo la mezzeria di una corsia di marcia. In particular, with reference to road lighting, general uniformity is defined as the ratio between the minimum value and the average value of luminance on a portion of the road; otherwise, longitudinal uniformity is defined as the ratio between the minimum and maximum luminance values along the center line of a lane.
Ai fini della visibilità e del riconoscimento di segnaletica, oggetti e persone, à ̈ importante avere un’elevata uniformità generale mentre, per quanto riguarda il comfort visivo, bisogna comunque limitare la disuniformità longitudinale che esprime una misura della regolarità di zone luminose e zone buie della strada. For the purposes of visibility and recognition of signs, objects and people, it is important to have a high general uniformity while, as regards visual comfort, it is in any case necessary to limit the longitudinal non-uniformity which expresses a measure of the regularity of bright areas and areas. dark street.
Inoltre, l’abbagliamento degli apparecchi illuminanti deve essere ridotto in modo tale da non generare disagio o affaticamento visivo per i conducenti. Furthermore, the glare of the luminaires must be reduced in such a way as not to cause discomfort or visual fatigue for the drivers.
Per realizzare impianti di illuminazione stradale, al giorno d’oggi à ̈ usuale impiegare dispositivi di illuminazione comprendenti sorgenti luminose di tipo tradizionale basate per esempio su sodio ad alta pressione, oppure su ioduri metallici o fluorescenti. Tali sorgenti luminose di tipo tradizionale presentano un†̃emissione luminosa omnidirezionale; pertanto, come à ̈ possibile osservare dalla figura 1a, i costruttori dei dispositivi di illuminazione devono ricorrere all’impiego di speciali riflettori al fine di indirizzare il flusso luminoso emesso dalle sorgenti verso la particolare area target da illuminare, come a esempio una porzione di carreggiata. To create street lighting systems, nowadays it is usual to use lighting devices comprising traditional light sources based for example on high pressure sodium, or on metal halide or fluorescent. These traditional light sources have an omnidirectional light emission; therefore, as it is possible to observe from figure 1a, the manufacturers of the lighting devices must resort to the use of special reflectors in order to direct the luminous flux emitted by the sources towards the particular target area to be illuminated, such as a portion of roadway.
In tal modo, i flussi luminosi emessi in direzioni non utili all’illuminazione dell’area target sono riflessi e indirizzati all’interno di un intervallo di direzioni utili. In this way, the luminous fluxes emitted in directions not useful for illuminating the target area are reflected and directed within a range of useful directions.
I dispositivi di illuminazione sopra descritti presentano inevitabili inefficienze dovute alla dimensione rilevante e all†̃emissione omnidirezionale delle sorgenti di tipo tradizionale, nonché alla limitata percentuale di flusso luminoso che à ̈ possibile indirizzare in modo controllato e desiderato verso l’area target. The lighting devices described above have inevitable inefficiencies due to the significant size and omnidirectional emission of traditional sources, as well as to the limited percentage of luminous flux that can be directed in a controlled and desired way towards the target area.
Per ovviare a questi inconvenienti, negli ultimi anni si à ̈ andato diffondendo sul mercato l’utilizzo di dispositivi di illuminazione comprendenti sorgenti luminose a LED ad alta potenza (Power LED) che hanno vissuto un continuo e progressivo miglioramento in termini di efficienza luminosa e che sono diffusamente considerate le sorgenti luminose di prossima generazione per applicazioni di illuminotecnica. To overcome these drawbacks, the use of lighting devices including high-power LED light sources (Power LED) has been spreading on the market in recent years, which have experienced a continuous and progressive improvement in terms of luminous efficiency and which are widely considered the next generation light sources for lighting applications.
In particolare, le sorgenti a LED comprendono generalmente un chip di materiale semiconduttore drogato che costituisce la reale sorgente della radiazione e, generalmente, una lente primaria a esso accoppiata atta a svolgere sostanzialmente una funzione di protezione e di modifica del profilo di emissione luminosa. In particular, LED sources generally comprise a chip of doped semiconductor material which constitutes the actual source of the radiation and, generally, a primary lens coupled thereto capable of substantially performing a function of protection and modification of the light emission profile.
Tali sorgenti a LED presentano dimensioni estremamente ridotte, un’elevata efficienza luminosa e un flusso luminoso regolabile e programmabile rivolto verso un solo emisfero. These LED sources have extremely small dimensions, a high luminous efficiency and an adjustable and programmable luminous flux directed towards a single hemisphere.
Una sorgente luminosa a LED presenta un†̃emissione luminosa tipicamente Lambertiana. Come à ̈ possibile osservare dalla figura 1b, tale tipo di emissione luminosa à ̈ caratterizzata dall’avere il picco di intensità luminosa I0sotto la sorgente, ove l’angolo Î ̧ rispetto alla verticale à ̈ di 0° e da una progressiva riduzione di intensità per angoli crescenti, fino ad annullarsi per un angolo Î ̧ rispetto alla verticale di 90°, seguendo la legge di variazione I(Î ̧)=I0cos(Î ̧). Il beneficio che ne deriva in un’applicazione di illuminazione stradale à ̈ che non viene inviata luce al di sopra della sorgente e quindi à ̈ possibile evitare sia fenomeni di inquinamento luminoso, sia l’impiego di elementi ottici riflettenti per convogliare la luce verso il piano stradale. An LED light source has a typically Lambertian light output. As it is possible to observe from figure 1b, this type of light emission is characterized by having the peak of luminous intensity I0 below the source, where the angle Î ̧ with respect to the vertical is 0 ° and by a progressive reduction of intensity for increasing angles, until it vanishes for an angle Î ̧ with respect to the vertical of 90 °, following the variation law I (Î ̧) = I0cos (Î ̧). The resulting benefit in a street lighting application is that no light is sent above the source and therefore it is possible to avoid both light pollution phenomena and the use of reflective optical elements to convey the light. towards the street level.
Inoltre, le sorgenti a LED presentano un tempo di vita medio di gran lunga superiore rispetto alle sorgenti tradizionali. Furthermore, LED sources have a much longer average life time than traditional sources.
Pertanto i dispositivi di illuminazione comprendenti sorgenti luminose LED consentono di ottenere una drastica riduzione dei costi di manutenzione. Therefore, lighting devices comprising LED light sources allow a drastic reduction in maintenance costs to be obtained.
E’ importante però sottolineare che un†̃emissione luminosa Lambertiana permette di ottenere un elevato illuminamento sotto la sorgente, ma scarso illuminamento verso le zone più laterali. However, it is important to underline that a Lambertian light emission allows to obtain a high illuminance under the source, but low illuminance towards the more lateral areas.
L’effetto risultante à ̈ un’area fortemente illuminata sotto la sorgente e aree sempre più in ombra all’aumentare della distanza da essa. The resulting effect is a heavily lit area below the source and areas increasingly in shadow as the distance from it increases.
Al fine di estendere l’area illuminata, potrebbe essere necessario accoppiare una pluralità di sorgenti a LED. Tuttavia, l’utilizzo delle sole sorgenti a LED caratterizzate da emissione Lambertiana non à ̈ comunque sufficiente a coprire i tipici scenari richiesti dall’illuminazione stradale, per ciascuno dei quali sono richiesti specifici requisiti prestazionali prescritti da normative nazionali e internazionali. In order to extend the illuminated area, it may be necessary to couple a plurality of LED sources. However, the use of LED sources with Lambertian emission alone is not sufficient to cover the typical scenarios required by street lighting, for each of which specific performance requirements prescribed by national and international regulations are required.
Per tale motivo si sono studiate e sviluppate le cosiddette lenti secondarie che si accoppiano a una sorgente o a una pluralità di sorgenti al fine di ottimizzare l’illuminazione di una particolare area target. For this reason the so-called secondary lenses have been studied and developed which couple to a source or to a plurality of sources in order to optimize the illumination of a particular target area.
Nel caso in cui si consideri una pluralità di sorgenti luminose à ̈ possibile, altresì, progettare una lente modulare comprendente una pluralità di lenti secondarie ognuna accoppiata a una sorgente luminosa, come a esempio quelle raffigurate in figura 2. If a plurality of light sources is considered, it is also possible to design a modular lens comprising a plurality of secondary lenses each coupled to a light source, such as those shown in figure 2.
Ogni lente si caratterizza per l’efficienza luminosa definita come il rapporto tra il flusso luminoso che raggiunge l’area target da illuminare e il flusso luminoso emesso dalla lente primaria della sorgente a LED. Each lens is characterized by the luminous efficiency defined as the ratio between the luminous flux that reaches the target area to be illuminated and the luminous flux emitted by the primary lens of the LED source.
Le lenti secondarie oggi note agiscono secondo i principi della rifrazione, della riflessione e della riflessione interna totale e possono diffondere la luce in vari modi. The secondary lenses known today act according to the principles of refraction, reflection and total internal reflection and can diffuse light in various ways.
E’ possibile infatti ridurre o ampliare la tipica emissione luminosa Lambertiana di una sorgente a LED, illustrata in figura 3a, in determinate direzioni in funzione della geometria della lente stessa, come à ̈ possibile osservare, a titolo di esempio, nella figura 3b. In fact, it is possible to reduce or expand the typical Lambertian light emission of a LED source, illustrated in figure 3a, in certain directions according to the geometry of the lens itself, as it is possible to observe, by way of example, in figure 3b.
In dettaglio, à ̈ noto progettare una lente secondaria in grado di massimizzare l’intensità luminosa in una direzione preferenziale minimizzando la stessa in una direzione non-preferenziale. La lente secondaria à ̈ generalmente collocata superiormente alla lente primaria, accoppiata ad almeno una sorgente luminosa a LED, con interposizione di uno strato adattativo in gel in grado di minimizzare le perdite di rifrazione tra la lente primaria e la lente secondaria; diversamente, la lente secondaria e la lente primaria possono essere realizzate come un unico blocco. La lente secondaria può essere progettata suddividendo la sua superficie esterna in una pluralità di porzioni superficiali, ognuna finalizzata a indirizzare il flusso luminoso lungo una particolare direzione. In tal modo, ciascuna della suddetta pluralità di porzioni superficiali à ̈ progettata separatamente e poi integrata con le altre al fine di realizzare una superficie priva di discontinuità . Una lente secondaria, così progettata, risulta quindi essere una lente composta da una pluralità di porzioni di lente finalizzate a massimizzare e/o minimizzare l’intensità del flusso luminoso lungo predeterminate direzioni. E’ chiaro che lenti secondarie siffatte necessitano di una progettazione e di una realizzazione piuttosto lunghe e complesse, in quanto si traducono nello studio della rifrazione luminosa di una pluralità di porzioni di lente. In detail, it is known to design a secondary lens capable of maximizing the light intensity in a preferential direction while minimizing it in a non-preferential direction. The secondary lens is generally placed above the primary lens, coupled to at least one LED light source, with the interposition of an adaptive gel layer capable of minimizing refractive losses between the primary lens and the secondary lens; otherwise, the secondary lens and the primary lens can be made as a single block. The secondary lens can be designed by dividing its external surface into a plurality of surface portions, each aimed at directing the luminous flux along a particular direction. In this way, each of the aforementioned plurality of surface portions is designed separately and then integrated with the others in order to create a surface without discontinuity. A secondary lens, thus designed, is therefore a lens composed of a plurality of lens portions aimed at maximizing and / or minimizing the intensity of the luminous flux along predetermined directions. It is clear that such secondary lenses require a rather long and complex design and construction, as they result in the study of the light refraction of a plurality of lens portions.
Sono altresì note lenti secondarie in grado di indirizzare circa l’80% del flusso luminoso lungo le direzioni laterali per effetto della particolare conformazione delle porzioni centrali delle superfici esterne delle stesse. Infatti, tali porzioni centrali vengono realizzate in maniera tale che i raggi luminosi incidenti su di esse siano sottoposti alla riflessione interna totale; in tal modo il flusso luminoso emesso verso le porzioni centrali delle suddette lenti secondarie note à ̈ riflesso e indirizzato verso le porzioni laterali. Si sottolinea che la particolare conformazione della porzione centrale della superficie esterna rompe la continuità della stessa rendendo la fabbricazione della lente secondaria piuttosto laboriosa. A ogni modo, i dispositivi di illuminazione che comprendono una pluralità di sorgenti a LED, illustrate in figura 4, accoppiate a una lente modulare, sono generalmente progettati seguendo un approccio “a zona†, sviluppando separatamente le singole coppie sorgente – lente secondaria. Secondary lenses are also known which are able to direct about 80% of the luminous flux along the lateral directions due to the particular conformation of the central portions of the external surfaces of the same. In fact, these central portions are made in such a way that the light rays incident on them are subjected to total internal reflection; in this way the luminous flux emitted towards the central portions of the aforesaid known secondary lenses is reflected and directed towards the lateral portions. It is emphasized that the particular conformation of the central portion of the external surface breaks its continuity making the manufacture of the secondary lens rather laborious. In any case, the lighting devices that include a plurality of LED sources, illustrated in figure 4, coupled to a modular lens, are generally designed following a â € œzoneâ € approach, developing the individual source â € “lens pairs separately. secondary.
In tal modo, ogni coppia sorgente - lente secondaria può presentare un differente angolo di emissione e un differente angolo di inclinazione, in modo tale da illuminare una specifica sotto-zona dell’area target. I dispositivi di illuminazione sopra citati, tuttavia, presentano un†̃elevata complessità di realizzazione, di progettazione e di manutenzione, risultando così molto costosi. In this way, each pair of source - secondary lenses can have a different emission angle and a different angle of inclination, so as to illuminate a specific sub-zone of the target area. The lighting devices mentioned above, however, are highly complex in their construction, design and maintenance, making them very expensive.
Inoltre, tali dispositivi di illuminazione progettati “a zona†non garantiscono il raggiungimento né il mantenimento delle prestazioni illuminotecniche sull’intera area target. Furthermore, these lighting devices designed â € œzoneâ € do not guarantee the achievement or maintenance of the lighting performance over the entire target area.
A esempio, in caso di rottura di una tra la pluralità di sorgenti accoppiate a una lente secondaria, la corrispondente sotto-zona dell’area target non viene illuminata. For example, in case of breakage of one of the plurality of sources coupled to a secondary lens, the corresponding sub-zone of the target area is not illuminated.
Sono altresì noti metodi di progettazione che modellizzano la lente secondaria con una funzione di trasferimento ottica. Tale funzione di trasferimento ottica genera una distribuzione di flusso luminoso che viene comparata con una particolare distribuzione desiderata. A valle di tale comparazione la funzione di trasferimento ottica viene modificata fino all’ottenimento di una distribuzione di flusso luminoso prossima a quella desiderata. E’ chiaro che le variazioni della funzione di trasferimento ottica si traducono in modifiche alla forma delle due superfici interna ed esterna della lente secondaria. Questo approccio, dunque, consente di ottenere una lente secondaria di forma qualsiasi in grado di generare una qualsiasi distribuzione di flusso luminoso; inoltre, à ̈ possibile applicare tale tecnica di progettazione anche nel caso di una pluralità di sorgenti luminose accoppiate a una pluralità di lenti secondarie. Tuttavia, in tal caso, ciascuna lente secondaria à ̈ progettata singolarmente senza tenere conto dell’emissione luminosa combinata della pluralità di sorgenti luminose. Design methods that model the secondary lens with an optical transfer function are also known. This optical transfer function generates a distribution of luminous flux which is compared with a particular desired distribution. Downstream of this comparison, the optical transfer function is modified until a distribution of luminous flux close to the desired one is obtained. It is clear that variations in the optical transfer function result in changes in the shape of the two internal and external surfaces of the secondary lens. This approach, therefore, allows to obtain a secondary lens of any shape capable of generating any distribution of luminous flux; moreover, it is possible to apply this design technique also in the case of a plurality of light sources coupled to a plurality of secondary lenses. However, in this case, each secondary lens is individually designed without taking into account the combined light output of the plurality of light sources.
Inoltre, i suddetti metodi di progettazione richiedono una prima stima della funzione di trasferimento ottica molto complessa e tutt’altro che banale. Le modifiche da apportare a tale funzione di trasferimento, inoltre, risultano in maniera empirica dal confronto della distribuzione di flusso generata e desiderata; ciò comporta una difficile ripetibilità dell’esito del progetto. Furthermore, the aforementioned design methods require a first estimate of the very complex and far from trivial optical transfer function. Furthermore, the modifications to be made to this transfer function result in an empirical way from the comparison of the generated and desired flow distribution; this implies a difficult repeatability of the project outcome.
Scopo della presente invenzione à ̈ quello di ovviare agli inconvenienti sopra menzionati e in particolare quello di ideare un dispositivo di illuminazione a LED particolarmente per illuminazione stradale in grado di garantire il raggiungimento e il mantenimento delle prestazioni illuminotecniche anche in caso di guasto di alcune delle sorgenti luminose a LED in esso comprese. Un altro scopo della presente invenzione à ̈ quello di fornire un dispositivo di illuminazione a LED particolarmente per illuminazione stradale che sia di semplice montaggio e manutenzione. The purpose of the present invention is to obviate the aforementioned drawbacks and in particular to devise a LED lighting device particularly for street lighting capable of guaranteeing the achievement and maintenance of the lighting performance even in the event of failure of some of the sources. LED lights included in it. Another object of the present invention is to provide a LED lighting device particularly for street lighting which is easy to assemble and maintain.
Ulteriore scopo della presente invenzione à ̈ quello di ideare un metodo per la progettazione di un dispositivo di illuminazione a LED particolarmente per illuminazione stradale che sia di semplice attuazione e rigoroso. A further object of the present invention is to devise a method for designing a LED lighting device particularly for street lighting which is simple to implement and rigorous.
Questi e altri scopi secondo la presente invenzione sono raggiunti realizzando un dispositivo di illuminazione a LED particolarmente per illuminazione stradale e un metodo per la progettazione dello stesso come esposto nelle rivendicazioni indipendenti 1 e 11. These and other purposes according to the present invention are achieved by realizing a LED lighting device particularly for street lighting and a method for designing the same as set out in the independent claims 1 and 11.
Ulteriori caratteristiche del dispositivo di illuminazione a LED particolarmente per illuminazione stradale e del metodo per la progettazione dello stesso sono oggetto delle rivendicazioni dipendenti. Further characteristics of the LED lighting device particularly for street lighting and of the method for designing the same are the subject of the dependent claims.
Le caratteristiche e i vantaggi di un dispositivo di illuminazione a LED particolarmente per illuminazione stradale e di un metodo per la progettazione dello stesso secondo la presente invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione seguente, esemplificativa e non limitativa, riferita ai disegni schematici allegati nei quali: The characteristics and advantages of an LED lighting device particularly for street lighting and of a method for designing the same according to the present invention will become more evident from the following, exemplary and non-limiting description, referring to the attached schematic drawings in which:
- la figura 1a à ̈ una vista schematica di un dispositivo comprendente una sorgente luminosa di tipo tradizionale; - figure 1a is a schematic view of a device comprising a light source of the traditional type;
- la figura 1b à ̈ una vista schematica dell’emissione luminosa di una sorgente a LED; - figure 1b is a schematic view of the light emission of a LED source;
- la figura 2 Ã ̈ una vista schematica di lenti modulari accoppiate a una sorgente luminosa a LED; - figure 2 is a schematic view of modular lenses coupled to an LED light source;
- la figura 3a à ̈ una rappresentazione grafica dell’andamento dell’intensità luminosa Lambertiana emessa da una sorgente a LED in funzione dell’angolo di osservazione della sorgente stessa; - figure 3a is a graphical representation of the trend of the Lambertian light intensity emitted by a LED source as a function of the angle of observation of the source itself;
- la figura 3b à ̈ una rappresentazione grafica dell’andamento dell’intensità luminosa emessa da una sorgente a LED accoppiata a una lente secondaria in funzione dell’angolo di osservazione della sorgente stessa; - figure 3b is a graphical representation of the trend of the light intensity emitted by a LED source coupled to a secondary lens as a function of the angle of observation of the source itself;
- la figura 4 à ̈ una vista schematica di un dispositivo, comprendente una pluralità di sorgenti a LED, progettato seguendo un approccio a zona; - figure 4 is a schematic view of a device, comprising a plurality of LED sources, designed following a zone approach;
- la figura 5a à ̈ una vista schematica di un primo scenario di illuminazione; - figure 5a is a schematic view of a first lighting scenario;
- la figura 5b à ̈ una vista schematica di un secondo scenario di illuminazione; - figure 5b is a schematic view of a second lighting scenario;
- la figura 6 Ã ̈ una rappresentazione schematica di una forma di realizzazione di un dispositivo di illuminazione a LED particolarmente per illuminazione stradale secondo la presente invenzione; Figure 6 is a schematic representation of an embodiment of an LED lighting device particularly for street lighting according to the present invention;
- la figura 7 Ã ̈ un diagramma di flusso delle fasi del metodo per la progettazione di un dispositivo di illuminazione a LED particolarmente per illuminazione stradale secondo la presente invenzione. - figure 7 is a flow diagram of the steps of the method for the design of a LED lighting device particularly for street lighting according to the present invention.
Con riferimento alle figure, viene mostrato un dispositivo di illuminazione a LED particolarmente per illuminazione stradale complessivamente indicato con 10. With reference to the figures, a LED lighting device is shown particularly for street lighting, indicated as a whole with 10.
Tale dispositivo di illuminazione a LED 10 particolarmente per illuminazione stradale à ̈ installato in posizione sopraelevata rispetto a un’area target 20 da illuminare. This LED lighting device 10, particularly for street lighting, is installed in an elevated position with respect to a target area 20 to be illuminated.
Preferibilmente, l’area target 20 da illuminare può essere una porzione del piano stradale e il dispositivo di illuminazione a LED 10 particolarmente per illuminazione stradale à ̈ collocato a un’altezza compresa, preferibilmente, tra 4 e 30 m. Preferably, the target area 20 to be illuminated can be a portion of the road surface and the LED lighting device 10, particularly for street lighting, is placed at a height preferably between 4 and 30 m.
Inoltre, il dispositivo di illuminazione a LED 10 particolarmente per illuminazione stradale può essere posto sia in posizione centrata, sia decentrata rispetto all’area target 20 da illuminare, come mostrato rispettivamente nelle figure 5a e 5b. Furthermore, the LED lighting device 10, particularly for street lighting, can be placed both in a centered position and off-center with respect to the target area 20 to be illuminated, as shown respectively in Figures 5a and 5b.
Tale dispositivo di illuminazione a LED 10 particolarmente per illuminazione stradale comprende una pluralità di sorgenti luminose a LED 11 che emettono un fascio luminoso a distribuzione Lambertiana. This LED lighting device 10 particularly for street lighting comprises a plurality of LED light sources 11 which emit a Lambertian distribution light beam.
Vantaggiosamente, il dispositivo di illuminazione a LED 10 particolarmente per illuminazione stradale comprende altresì una lente modulare 12 comprendente a sua volta una pluralità di lenti secondarie 15 ognuna accoppiata a una della pluralità di sorgenti luminose a LED 11. Preferibilmente, la lente modulare 12, comprendente la pluralità di lenti secondarie 15 unite tra loro, à ̈ costruita in un unico manufatto. Advantageously, the LED lighting device 10 particularly for street lighting also comprises a modular lens 12 comprising in turn a plurality of secondary lenses 15 each coupled to one of the plurality of LED light sources 11. Preferably, the modular lens 12, comprising the plurality of secondary lenses 15 joined together, it is built in a single product.
Preferibilmente, la lente modulare 12 à ̈ sovrapposta alla pluralità di sorgenti luminose a LED 11 in assenza di interposizione di sostanze in forma liquida o in forma di gel. Preferably, the modular lens 12 is superimposed on the plurality of LED light sources 11 in the absence of interposition of substances in liquid or gel form.
Secondo la presente invenzione tale lente modulare 12 à ̈ conformata in maniera tale da distribuire uniformemente il flusso luminoso emesso da ciascuna della suddetta pluralità di sorgenti luminose a LED 11 sull’intera area target 20 da illuminare. According to the present invention, this modular lens 12 is shaped in such a way as to uniformly distribute the luminous flux emitted by each of the aforementioned plurality of LED light sources 11 over the entire target area 20 to be illuminated.
La lente modulare 12 à ̈ quindi in grado di garantire un elevato livello di illuminamento e di uniformità generale e longitudinale di luminanza sull’intera area target 20 da illuminare. The modular lens 12 is therefore able to guarantee a high level of illuminance and general and longitudinal uniformity of luminance over the entire target area 20 to be illuminated.
Preferibilmente, la lente modulare 12 à ̈ conformata in maniera tale che l’uniformità generale e l’uniformità longitudinale di luminanza assumano un valore maggiore dei rispettivi valori normativi limite 0.4 e 0.7. Preferably, the modular lens 12 is shaped in such a way that the general uniformity and the longitudinal uniformity of luminance assume a value greater than the respective regulatory limit values 0.4 and 0.7.
In particolare, ciascuna della pluralità di lenti secondarie 15 comprende una prima superficie 13 rivolta verso la pluralità di sorgenti luminose a LED 11 e una seconda superficie 14 rivolta verso l’area target 20 da illuminare. In particular, each of the plurality of secondary lenses 15 comprises a first surface 13 facing the plurality of LED light sources 11 and a second surface 14 facing the target area 20 to be illuminated.
Vantaggiosamente, la prima 13 e la seconda 14 superficie della lente secondaria 15 sono del tipo asferico e ciascuna di esse à ̈ descritta nello spazio cartesiano xyz da una funzione polinomiale. Advantageously, the first 13 and the second 14 surfaces of the secondary lens 15 are of the aspherical type and each of them is described in the Cartesian space xyz by a polynomial function.
Tale funzione polinomiale assume la seguente forma: This polynomial function takes the following form:
ove N e M sono numeri interi il cui valore varia preferibilmente tra 2 e 5 e i termini x0e y0, se diversi da zero, indicano una traslazione rispettivamente lungo l’asse x e y della prima 13 e della seconda 14 superficie. where N and M are integers whose value varies preferably between 2 and 5 and the terms x0 and y0, if different from zero, indicate a translation respectively along the x and y axis of the first 13 and second 14 surfaces.
Il coefficiente A00rappresenta la traslazione lungo l’asse z della prima 13 e della seconda 14 superficie. I termini xde ydvalgono 1 mm e permettono di descrivere la geometria della superficie mediante potenze matematiche dei coefficienti adimensionali e , assumendo che le coordinate spaziali (x, y, z) e i coefficienti Aijsiano espressi in millimetri. The coefficient A00 represents the translation along the z axis of the first 13 and second 14 surfaces. The terms xd and yd are 1 mm and allow to describe the geometry of the surface by means of mathematical powers of the dimensionless coefficients e, assuming that the spatial coordinates (x, y, z) and the Aij coefficients are expressed in millimeters.
I coefficienti Ai0e A0jdeterminano la curvatura delle superfici lungo le direzioni degli assi x e y permettendo di controllare in maniera indipendente la divergenza del fascio luminoso rispettivamente in direzione x e y. The coefficients Ai0 and A0j determine the curvature of the surfaces along the directions of the x and y axes, allowing to independently control the divergence of the light beam respectively in the x and y direction.
Tali coefficienti Ai0e A0jassumono un diverso valore a seconda del profilo di illuminazione da realizzare e della posizione del dispositivo di illuminazione a LED 10 particolarmente per illuminazione stradale rispetto all’area target 20 da illuminare. These coefficients Ai0 and A0j have a different value depending on the lighting profile to be created and the position of the LED lighting device 10, particularly for street lighting with respect to the target area 20 to be illuminated.
Preferibilmente, i coefficienti A20e A02assumono un valore negativo in modo che la prima 13 e la seconda 14 superficie siano concave rispetto alla pluralità di sorgenti luminose a LED 11. Preferably, the coefficients A20 and A02 assume a negative value so that the first 13 and the second 14 surfaces are concave with respect to the plurality of LED light sources 11.
L’illuminazione dell’area target 20 da illuminare viene ottimizzata sfruttando la rifrazione da due superfici. In questo modo à ̈ possibile distribuire gli effetti di rifrazione desiderati su due superfici ottiche, permettendo in generale di progettare superfici di forma relativamente semplice. The illumination of the target area 20 to be illuminated is optimized by exploiting the refraction from two surfaces. In this way it is possible to distribute the desired refractive effects on two optical surfaces, allowing in general to design surfaces of relatively simple shape.
In una prima forma di realizzazione della presente invenzione l’area target 20 da illuminare à ̈ una porzione di una strada in cui l’asse x à ̈ scelto parallelo alla linea di mezzeria e il dispositivo di illuminazione a LED 10 particolarmente per illuminazione stradale à ̈ posto al di sopra di tale area target 20 in posizione centrata rispetto a essa, come raffigurato in figura 5a. In a first embodiment of the present invention the target area 20 to be illuminated is a portion of a road in which the x axis is chosen parallel to the centerline and the LED lighting device 10 particularly for illumination road is placed above this target area 20 in a centered position with respect to it, as shown in figure 5a.
In tal caso, non à ̈ necessario creare una asimmetria del fascio luminoso, emesso da ciascuna della pluralità di sorgenti luminose a LED 11, in direzione x e/o y, pertanto i coefficienti dispari A0he Ah0(h dispari) di ciascuna delle due superfici 13 e 14 sono nulli, mentre i coefficienti pari A0he Ah0(h pari) sono diversi da zero. In this case, it is not necessary to create an asymmetry of the light beam, emitted by each of the plurality of LED light sources 11, in the x and / or y direction, therefore the odd coefficients A0h and Ah0 (odd h) of each of the two surfaces 13 and 14 are null, while the even coefficients A0h and Ah0 (even h) are different from zero.
Al fine di realizzare un opportuno profilo di illuminazione per l’area target 20 da illuminare caratterizzato dai suddetti valori limite di illuminamento e di uniformità di luminanza generale e longitudinale, il fascio luminoso, emesso da ciascuna della pluralità di sorgenti luminose a LED 11 in direzione x, deve necessariamente avere un†̃elevata divergenza e allo stesso tempo in direzione y deve essere concentrato in un’area delimitata dai confini della strada in direzione ortogonale alla linea di mezzeria. In order to create a suitable lighting profile for the target area 20 to be illuminated, characterized by the aforementioned limit values of illuminance and uniformity of general and longitudinal luminance, the light beam, emitted by each of the plurality of LED light sources 11 in direction x, it must necessarily have a high divergence and at the same time in direction y it must be concentrated in an area bounded by the boundaries of the road in a direction orthogonal to the center line.
Pertanto, al fine di ottenere un†̃elevata divergenza del fascio luminoso in direzione x, la prima superficie 13 di ciascuna della pluralità di lenti secondarie 15 deve presentare in direzione x una curvatura elevata in corrispondenza della porzione centrale e una curvatura bassa in corrispondenza dei bordi, mentre la seconda superficie 14 di ciascuna della pluralità di lenti secondarie 15 deve presentare in direzione x una curvatura ridotta. Therefore, in order to obtain a high divergence of the light beam in the x direction, the first surface 13 of each of the plurality of secondary lenses 15 must have a high curvature in the x direction at the central portion and a low curvature at the edges , while the second surface 14 of each of the plurality of secondary lenses 15 must have a reduced curvature in the x direction.
Diversamente, al fine di concentrare il fascio luminoso in un’area delimitata dai confini della strada, in direzione y la prima superficie 13 e la seconda superficie 14 di ciascuna della pluralità di lenti secondarie 15 devono presentare una curvatura bassa. Per soddisfare tali condizioni, preferibilmente i coefficienti A20della prima 13 e della seconda 14 superficie assumono valori compresi rispettivamente tra -0.5 e -0.1 mm e tra -0.06 e 0 mm. Otherwise, in order to concentrate the light beam in an area delimited by the boundaries of the road, in the y direction the first surface 13 and the second surface 14 of each of the plurality of secondary lenses 15 must have a low curvature. To satisfy these conditions, preferably the coefficients A20 of the first 13 and the second 14 surfaces assume values respectively between -0.5 and -0.1 mm and between -0.06 and 0 mm.
Diversamente, i coefficienti A02della prima 13 e della seconda 14 superficie assumono valori compresi rispettivamente tra -0.14 e -0.001 mm e tra -0.08 e -0.02 mm. Otherwise, the coefficients A02 of the first 13 and the second 14 surfaces assume values respectively between -0.14 and -0.001 mm and between -0.08 and -0.02 mm.
Preferibilmente, i coefficienti A40e A04di ciascuna delle due superfici 13 e 14 sono introdotti per correggere o modificare la divergenza del fascio luminoso rispettivamente lungo gli assi x e y, al fine di migliorare l’uniformità del profilo di illuminazione lungo tali assi x e y. Preferably, the coefficients A40 and A04 of each of the two surfaces 13 and 14 are introduced to correct or modify the divergence of the light beam along the x and y axes respectively, in order to improve the uniformity of the lighting profile along these x and y axes.
Tali coefficienti A40e A04assumono valori rispettivamente compresi tra -0.001 e 0.001 mm e tra -0.001 e 0.001 mm. These coefficients A40 and A04 take values respectively between -0.001 and 0.001 mm and between -0.001 and 0.001 mm.
Il valore del coefficiente A00permette di controllare ulteriormente l’allargamento del fascio luminoso nel piano stradale. Tale coefficiente A00di ciascuna delle due superfici 13 e 14 assume rispettivamente valori compresi tra 0 e 6 mm e tra 6 e 12 mm. The value of the A00 coefficient allows you to further control the widening of the light beam on the road surface. This coefficient A00 of each of the two surfaces 13 and 14 assumes values respectively between 0 and 6 mm and between 6 and 12 mm.
Preferibilmente, i coefficienti A01della prima 13 e della seconda 14 superficie assumono un valore nullo. In una seconda forma di realizzazione della presente invenzione l’area target 20 da illuminare à ̈ una porzione di una strada la cui linea di mezzeria à ̈ parallela all’asse x e il dispositivo di illuminazione a LED 10 particolarmente per illuminazione stradale à ̈ posto al di sopra di tale area target 20 in posizione decentrata lungo l’asse y rispetto a essa, come raffigurato in figura 5b. Preferably, the coefficients A01 of the first 13 and of the second 14 surfaces assume a null value. In a second embodiment of the present invention the target area 20 to be illuminated is a portion of a road whose centerline is parallel to the x axis and the LED lighting device 10 particularly for street lighting is placed above this target area 20 in a decentralized position along the y axis with respect to it, as shown in figure 5b.
In tal caso, il dispositivo di illuminazione a LED 10 particolarmente per illuminazione stradale à ̈ a esempio un lampione posizionato a bordo della strada. In this case, the LED lighting device 10 particularly for street lighting is for example a lamppost positioned at the edge of the road.
Con riferimento alla figura 5b à ̈ necessario, quindi, indirizzare il fascio luminoso, emesso da ciascuna della pluralità di sorgenti luminose a LED 11, solo lungo valori positivi dell’asse y e quindi i coefficienti dispari A0h(h dispari) di ciascuna delle due superfici 13 e 14 assumono valori diversi da zero. With reference to figure 5b it is therefore necessary to direct the light beam, emitted by each of the plurality of LED light sources 11, only along positive values of the y axis and therefore the odd coefficients A0h (odd h) of each of the two surfaces 13 and 14 take on values other than zero.
In dettaglio, il coefficiente A01della prima superficie 13 assume preferibilmente un valore negativo. Tale configurazione, infatti, consente di indirizzare la maggior parte del suddetto flusso luminoso verso valori positivi dell’asse y. In detail, the coefficient A01 of the first surface 13 preferably assumes a negative value. This configuration, in fact, allows to direct most of the aforementioned luminous flux towards positive values of the y axis.
Diversamente, il coefficiente A01della seconda superficie 14 assume preferibilmente un valore positivo. Tale configurazione, infatti, consente di aumentare ulteriormente l’indirizzamento della luce preferenzialmente verso valori positivi dell’asse y. Pertanto, il coefficiente A01della prima 13 e della seconda 14 superficie di ciascuna della pluralità di lenti secondarie 15 assumono valori rispettivamente compresi tra -0.6 e 0 mm e tra 0 e 0.6 mm. Otherwise, the coefficient A01 of the second surface 14 preferably assumes a positive value. This configuration, in fact, allows to further increase the directing of the light preferentially towards positive values of the y axis. Therefore, the coefficient A01 of the first 13 and second 14 surfaces of each of the plurality of secondary lenses 15 assume values respectively between -0.6 and 0 mm and between 0 and 0.6 mm.
Preferibilmente, i coefficienti dispari A03e A05di ciascuna delle due superfici 13 e 14 di ciascuna della pluralità di lenti secondarie 15 sono introdotti per ottimizzare il valore medio di illuminamento e l’uniformità di luminanza sull’area target 20 e assumono valori compresi tra -0.01 e 0.01 mm. Preferably, the odd coefficients A03 and A05 of each of the two surfaces 13 and 14 of each of the plurality of secondary lenses 15 are introduced to optimize the average value of illuminance and the uniformity of luminance on the target area 20 and assume values between - 0.01 and 0.01 mm.
Al fine di controllare ulteriormente l’indirizzamento del flusso luminoso verso valori positivi dell’asse y, le due superfici 13 e 14 di ciascuna della pluralità di lenti secondarie 15 sono preferibilmente disallineate nei confronti della corrispondente sorgente luminosa a LED 11 accoppiata, ossia il vertice della lente primaria associata alla sorgente luminosa a LED 11 non si trova in asse con i punti delle superfici della corrispondente lente secondaria 15 in cui la coordinata z assume valore massimo. In order to further control the directing of the luminous flux towards positive values of the y axis, the two surfaces 13 and 14 of each of the plurality of secondary lenses 15 are preferably misaligned with respect to the corresponding coupled LED light source 11, i.e. the vertex of the primary lens associated with the LED light source 11 is not in axis with the points of the surfaces of the corresponding secondary lens 15 in which the coordinate z assumes a maximum value.
In tal caso, i coefficienti y0di ciascuna delle due superfici 13 e 14 assumono valori compresi rispettivamente tra -1 e 2 mm e tra 0 e 4 mm. In this case, the coefficients y0 of each of the two surfaces 13 and 14 assume values respectively between -1 and 2 mm and between 0 and 4 mm.
Preferibilmente, la lente modulare 12 à ̈ costituita di Polimetilmetacrilato (PMMA) o Policarbonato (PC), al fine di mantenere le stesse proprietà anche dopo diversi anni di esercizio. Preferably, the modular lens 12 is made of Polymethylmethacrylate (PMMA) or Polycarbonate (PC), in order to maintain the same properties even after several years of use.
Preferibilmente, specifici trattamenti superficiali, che consistono nella deposizione di uno o più strati di materiale dielettrico in sequenza, possono essere applicati alle due superfici 13 e 14 di ciascuna della pluralità di lenti secondarie 15, allo scopo di ridurre le riflessioni tra aria e lente e tra lente e aria. Preferably, specific surface treatments, which consist in the deposition of one or more layers of dielectric material in sequence, can be applied to the two surfaces 13 and 14 of each of the plurality of secondary lenses 15, in order to reduce the reflections between air and lens and between lens and air.
A esempio, Ã ̈ possibile effettuare su tali prima 13 e seconda 14 superficie i cosiddetti trattamenti antiriflesso. For example, it is possible to carry out so-called anti-reflective treatments on these first 13 and second 14 surfaces.
In una forma di realizzazione preferita le sorgenti luminose a LED 11 della pluralità di sorgenti luminose a LED 11 sono preferibilmente disposte su uno stesso piano a una distanza reciproca massima che à ̈ molto inferiore al 1% della distanza tra il dispositivo di illuminazione a LED 10 e l’area target 20 da illuminare. In a preferred embodiment the LED light sources 11 of the plurality of LED light sources 11 are preferably arranged on the same plane at a maximum mutual distance which is much less than 1% of the distance between the LED lighting device 10 and the target area 20 to be illuminated.
In tal caso, le lenti secondarie 15 della pluralità di lenti secondarie 15 sono uguali tra loro e disposte su uno stesso piano in corrispondenza della pluralità di sorgenti luminose a LED 11. In this case, the secondary lenses 15 of the plurality of secondary lenses 15 are identical to each other and arranged on the same plane in correspondence with the plurality of LED light sources 11.
In tal modo, ciascuna della pluralità di sorgenti luminose a LED 11 accoppiate con la corrispondente lente secondaria 15 à ̈ in grado di illuminare l’intera area target. In this way, each of the plurality of LED light sources 11 coupled with the corresponding secondary lens 15 is able to illuminate the entire target area.
Pertanto, il livello di illuminazione dell’area target 20 aumenta in maniera proporzionale all’aumentare del numero delle sorgenti luminose a LED 11 e delle relative lenti secondarie 15 comprese nella lente modulare 12. Therefore, the illumination level of the target area 20 increases in proportion to the increase in the number of LED light sources 11 and of the related secondary lenses 15 included in the modular lens 12.
Il metodo 100 per la progettazione di un dispositivo di illuminazione a LED 10 particolarmente per illuminazione stradale comprende una fase che consiste nel dimensionare 101 la lente modulare 12 mediante le funzioni matematiche precedentemente considerate e nel descriverne il comportamento ottico mediante l’impiego di un mezzo software di rappresentazione grafica e simulazione, quali a esempio i tool CAD, considerando le caratteristiche di emissione della pluralità di sorgenti luminose a LED 11, le caratteristiche dell’area target 20 da illuminare e la posizione del dispositivo di illuminazione a LED 10 rispetto a tale area target 20. The method 100 for the design of a LED lighting device 10 particularly for street lighting comprises a step which consists in dimensioning 101 the modular lens 12 by means of the mathematical functions previously considered and in describing its optical behavior by means of a medium graphic representation and simulation software, such as CAD tools, considering the emission characteristics of the plurality of LED light sources 11, the characteristics of the target area 20 to be illuminated and the position of the LED lighting device 10 with respect to this target area 20.
Tale fase di dimensionamento 101 comprende in particolare l’assegnare valori iniziali ai coefficienti A00Ai0, A0j, x0e y0della funzione polinomiale della prima 13 e della seconda 14 superficie di ciascuna della pluralità di lenti secondarie 15 e l’impostare una distanza reciproca tra lenti adiacenti della pluralità di lenti secondarie 15. This dimensioning step 101 includes in particular assigning initial values to the coefficients A00Ai0, A0j, x0 and y0 of the polynomial function of the first 13 and second 14 surfaces of each of the plurality of secondary lenses 15 and setting a reciprocal distance between lenses adjacent to the plurality of secondary lenses 15.
Dopo la fase di dimensionamento 101 della lente modulare 12, ha luogo la fase che consiste nel simulare 102 la distribuzione di flusso luminoso sull’area target 20 da illuminare prodotta dal dispositivo di illuminazione a LED 10 particolarmente per illuminazione stradale. After the dimensioning step 101 of the modular lens 12, the step which consists in simulating 102 the distribution of the luminous flux on the target area 20 to be illuminated produced by the LED lighting device 10 takes place, particularly for street lighting.
Dopo tale fase di simulazione 102 ha luogo una fase di regolazione che consiste nel modificare 103 la conformazione della lente modulare 12 in maniera tale da distribuire uniformemente il flusso luminoso emesso da ciascuna della pluralità di sorgenti luminose a LED 11 su una stessa area target e da incrementare i valori di illuminamento e dell’uniformità di luminanza generale e longitudinale e dell’efficienza luminosa di tale lente modulare 12 fino al raggiungimento dei valori di illuminamento e dell’uniformità di luminanza generale e longitudinale previsti dalle normative di riferimento nei diversi contesti applicativi. After this simulation step 102 an adjustment step takes place which consists in modifying 103 the conformation of the modular lens 12 in such a way as to uniformly distribute the luminous flux emitted by each of the plurality of LED light sources 11 on the same target area and by increase the illuminance values and the general and longitudinal luminance uniformity and the luminous efficiency of this modular lens 12 until reaching the illuminance values and the general and longitudinal luminance uniformity required by the reference standards in the various application contexts.
Tale fase di regolazione 103 consiste nel variare opportunamente il valore di ciascuno dei coefficienti A00Ai0, A0j, x0e y0e della distanza reciproca tra le lenti adiacenti della pluralità di lenti secondarie 15. La variazione dei suddetti coefficienti e della suddetta distanza à ̈ altresì eseguita avviando una procedura di minimizzazione automatica mediante calcolatore di una funzione errore definita come differenza tra i valori di illuminamento e dell’uniformità di luminanza generale e longitudinale previsti dalle normative di riferimento nei diversi contesti applicativi e i valori correnti di tali grandezze. This adjustment step 103 consists in suitably varying the value of each of the coefficients A00Ai0, A0j, x0 and y0e of the mutual distance between the adjacent lenses of the plurality of secondary lenses 15. The variation of the aforesaid coefficients and of the aforesaid distance is also performed by starting a procedure of automatic minimization by means of a computer of an error function defined as the difference between the values of illuminance and of the uniformity of general and longitudinal luminance required by the reference standards in the various application contexts and the current values of these quantities.
Dalla descrizione effettuata, sono chiare le caratteristiche del dispositivo di illuminazione a LED particolarmente per illuminazione stradale e del metodo per la progettazione dello stesso oggetto della presente invenzione, così come sono chiari i relativi vantaggi. From the above description, the characteristics of the LED lighting device particularly for street lighting and of the method for designing the same object of the present invention are clear, as well as the relative advantages.
Infatti, il dispositivo di illuminazione a LED secondo la presente invenzione comprende una lente modulare che consente un controllo spaziale della distribuzione del flusso luminoso emesso da una pluralità di sorgenti luminose a LED. E’ possibile, quindi, massimizzare il flusso luminoso in corrispondenza di un’intera area target da illuminare, escludendo la regione che non à ̈ necessario illuminare. In fact, the LED lighting device according to the present invention comprises a modular lens which allows spatial control of the distribution of the luminous flux emitted by a plurality of LED light sources. It is therefore possible to maximize the luminous flux in correspondence of an entire target area to be illuminated, excluding the region that does not need to be illuminated.
Ciò consente di evitare effetti di abbagliamento debilitante per un generico utente dell’area target illuminata e di migliorare il risparmio energetico che si può ottenere con dispositivi di illuminazione a LED. Inoltre, poiché ciascuna sorgente luminosa a LED accoppiata a una corrispondente lente secondaria produce il medesimo effetto sull'area target, la lente modulare permette di moltiplicare a piacere l'illuminamento prodotto da ogni coppia sorgente-lente secondaria e conferisce al dispositivo di illuminazione la caratteristica di essere fault tolerant. Infatti, la rottura di una sorgente a LED comporta una lieve attenuazione dell'illuminamento, ma non cambia il profilo di illuminazione sull'area target. This allows to avoid debilitating glare effects for a general user of the illuminated target area and to improve the energy savings that can be obtained with LED lighting devices. Furthermore, since each LED light source coupled to a corresponding secondary lens produces the same effect on the target area, the modular lens allows you to multiply the illuminance produced by each secondary source-lens pair at will and gives the lighting device the characteristic of being fault tolerant. In fact, the breakdown of an LED source involves a slight attenuation of the illuminance, but does not change the lighting profile on the target area.
I dispositivi di illuminazione a LED particolarmente per illuminazione stradale, secondo la presente invenzione, risultano di semplice montaggio e manutenzione in quanto la lente modulare à ̈ tipicamente costituita da una pluralita` di lenti che risultano unite tra loro, costituendo un unico manufatto. Pertanto, il volume di spazio compreso tra la pluralità di sorgenti luminose a LED e la lente modulare può essere protetto mediante sistemi di tenuta, contro l’ingresso di polvere e acqua, di semplice geometria e costruzione. The LED lighting devices, particularly for street lighting, according to the present invention, are easy to assemble and maintain since the modular lens is typically constituted by a plurality of lenses which are joined together, forming a single product. Therefore, the volume of space between the plurality of LED light sources and the modular lens can be protected by means of sealing systems, against the ingress of dust and water, of simple geometry and construction.
È chiaro, infine, che il dispositivo di illuminazione a LED particolarmente per illuminazione stradale e il metodo per la progettazione dello stesso così concepiti sono suscettibili di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell’invenzione; inoltre, tutti i dettagli sono sostituibili da elementi tecnicamente equivalenti. In pratica, i materiali utilizzati, nonché le dimensioni, potranno essere di qualsiasi tipo a seconda delle esigenze tecniche. Finally, it is clear that the LED lighting device particularly for street lighting and the method for its design thus conceived are susceptible of numerous modifications and variations, all of which are covered by the invention; moreover, all the details can be replaced by technically equivalent elements. In practice, the materials used, as well as the dimensions, can be of any type according to technical requirements.
Claims (13)
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|---|---|---|---|
| ITMI2010A002431A IT1403295B1 (en) | 2010-12-28 | 2010-12-28 | LED LIGHTING DEVICE PARTICULARLY FOR ROAD LIGHTING AND THE METHOD FOR THE DESIGN OF THE SAME |
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| EP1916468A1 (en) * | 2006-10-27 | 2008-04-30 | Stanley Electric Co., Ltd. | LED lighting fixture |
| US20080239722A1 (en) * | 2007-04-02 | 2008-10-02 | Ruud Lighting, Inc. | Light-Directing LED Apparatus |
| US20100149801A1 (en) * | 2008-12-15 | 2010-06-17 | Create Electronic Optical Co., Ltd. | Led optical lens and illumination device thereof |
-
2010
- 2010-12-28 IT ITMI2010A002431A patent/IT1403295B1/en active
Patent Citations (3)
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Also Published As
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