RU90529U1

RU90529U1 - LIGHTING DEVICE

Info

Publication number: RU90529U1
Application number: RU2009115742/22U
Authority: RU
Inventors: Петр Валерьевич Минин
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью "Конструкторское Бюро "Дорс" (Ооо "Кб "Дорс")
Priority date: 2009-04-27
Filing date: 2009-04-27
Publication date: 2010-01-10

Abstract

Осветительное устройство, содержащее, по меньшей мере, один источник света с телом свечения и отражатель, причем отражатель имеет форму, нормаль к любой точке поверхности которой не пересекает тело свечения.A lighting device comprising at least one light source with a glow body and a reflector, the reflector having a shape normal to any point on the surface of which does not intersect the glow body.

Description

Полезная модель относится к осветительным устройствам, преимущественно, используемым в различных приборах в качестве подсветки.The utility model relates to lighting devices, mainly used in various devices as a backlight.

Одним из основных конструктивных элементов любого осветительного устройства является отражатель. Форма отражателя должна обеспечивать максимальное использование световой энергии, излучаемой источником. В реальности любой источник излучения не является точечным, он имеет определенную геометрическую форму. Как правило, часть отраженного светового потока перекрывается телом свечения. Под телом свечения в светотехнике принято понимать такую трехмерную область в пределах источника света, что свет, испускаемый источником, исходит с поверхности этой области, а также, возможно, изнутри нее. Телом свечения лампы накаливания является раскаленная нить. Телом свечения дуговой лампы является область дугового разряда между электродами. Телом свечения газоразрядной лампы является область газового разряда. Телом свечения светоизлучающего диода является область полупроводникового кристалла в окрестности р-n перехода, в которой происходит рекомбинация носителей. Телом свечения люминесцентной лампы является внутренняя поверхность ее колбы. В результате описанного перекрытия часть световой энергии возвращается назад в источник. Определенная доля этой энергии переизлучается источником и может быть использована для освещения, оставшаяся же ее часть теряется.One of the main structural elements of any lighting device is a reflector. The shape of the reflector should ensure maximum use of the light energy emitted by the source. In reality, any source of radiation is not a point source; it has a certain geometric shape. As a rule, a part of the reflected light flux is blocked by the luminous body. By a luminescence body in lighting engineering it is customary to understand such a three-dimensional region within the light source that the light emitted by the source comes from the surface of this region, and also, possibly, from the inside. The body of the glow of the incandescent lamp is a red-hot thread. The luminous body of the arc lamp is the region of the arc discharge between the electrodes. The luminescence body of a gas discharge lamp is a gas discharge region. The luminescence body of a light-emitting diode is a region of a semiconductor crystal in the vicinity of the pn junction in which carrier recombination occurs. The body of the glow of a fluorescent lamp is the inner surface of its bulb. As a result of the described overlap, part of the light energy returns back to the source. A certain fraction of this energy is reradiated by the source and can be used for lighting, while the remaining part is lost.

Известно осветительное устройство в соответствии с патентом SU 1819339, публ. 30.05.1993 г., МПК5 F21V 7/00. Осветительное устройство содержит источник света, установленный в фокусе отражателя, имеющего форму поверхности, образованной вращением части параболы. Известное устройство решает задачу обеспечения плоско-параллельной направленности светового потока. Однако, за счет отличия формы источника от точечной, часть световой энергии отражается назад в источник и теряется.Known lighting device in accordance with patent SU 1819339, publ. 05/30/1993, IPC5 F21V 7/00. The lighting device comprises a light source mounted at the focus of a reflector having the shape of a surface formed by rotation of a part of the parabola. The known device solves the problem of ensuring a plane-parallel directivity of the light flux. However, due to the difference in the shape of the source from the point source, part of the light energy is reflected back to the source and is lost.

Известна осветительная система в соответствии с международной заявкой WO2007/105149, публ.20.09.2007 г., МПК8 G02B 5/10. Известная осветительная система содержит несколько продольно вытянутых источников света, установленных преимущественно параллельно друг другу, каждый из которых имеет отражатель, имеющий симметричную форму с криволинейным участком, размещенным со стороны светильника, противоположной освещаемой поверхности. Криволинейный участок выполнен в соответствии с условием перпендикулярности касательной к поверхности источника по отношению к касательной к поверхности отражателя. Данное известное устройство решает задачу повышения эффективности использования излучаемой световой энергии только для продольно вытянутых тел свечения, причем равномерность освещенности обеспечивается только в единственной близко расположенной плоскости. Таким образом, известное техническое решение может быть применено для решения узкого класса светотехнических задач, на который он ориентирован.A known lighting system in accordance with international application WO2007 / 105149, publ. September 20, 2007, IPC8 G02B 5/10. The known lighting system contains several longitudinally elongated light sources mounted mainly parallel to each other, each of which has a reflector having a symmetrical shape with a curved section placed on the side of the lamp opposite the illuminated surface. The curved section is made in accordance with the condition of perpendicularity of the tangent to the surface of the source with respect to the tangent to the surface of the reflector. This known device solves the problem of increasing the efficiency of use of emitted light energy only for longitudinally elongated luminous bodies, and the uniformity of illumination is provided only in a single closely spaced plane. Thus, the known technical solution can be applied to solve a narrow class of lighting problems to which it is oriented.

Техническая задача, решаемая полезной моделью, заключается в создании осветительного устройства с различными типами тел свечения, максимально использующего излучаемую световую энергию за счет исключения ее возврата назад в излучатель.The technical problem solved by the utility model is to create a lighting device with various types of luminosity bodies that makes maximum use of the emitted light energy by eliminating its return back to the emitter.

Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение уровня освещенности рабочей поверхности.The technical result of the claimed utility model is to increase the level of illumination of the working surface.

Достижение указанного технического результата обеспечивается тем, что в осветительном устройстве, содержащем, по меньшей мере, один источник света с телом свечения и отражатель, в соответствии с заявленной полезной моделью, отражатель имеет форму, нормаль к любой точке поверхности которой не пересекает тело свечения.The achievement of the specified technical result is ensured by the fact that in the lighting device containing at least one light source with a luminous body and a reflector, in accordance with the claimed utility model, the reflector has a shape normal to any point on the surface of which does not intersect the luminous body.

Выполнение данного условия при проектировании формы отражателя позволяет обеспечить такой ход лучей от тела свечения, при котором все отраженные лучи не будут попадать обратно в излучатель независимо от его формы. Точные гeoмeтpичecкиe параметры поверхности отражателя определяются расчетным путем.The fulfillment of this condition when designing the shape of the reflector makes it possible to ensure such a path of rays from the body of the glow, in which all the reflected rays will not fall back into the emitter regardless of its shape. The exact geometrical parameters of the reflector surface are determined by calculation.

На чертеже схематически представлен ход лучей в осветительном устройстве с отражателем, выполненном в соответствии с заявленным условием. Данная схема является одним из возможных примеров реализации устройства.The drawing schematically shows the course of the rays in a lighting device with a reflector, made in accordance with the stated condition. This scheme is one of the possible examples of the implementation of the device.

Устройство содержит источник 1 с телом свечения сферической формы с отражателем 2. Отражатель 2 представляет собой тело вращения и состоит из двух сегментов: обозначенный 2" имеет поперечное сечение в виде части параболы с телом свечения, находящимся в ее фокусе, а обозначенный 2′ - в виде эвольвенты. Тело свечения целиком находится внутри производящей окружности эвольвенты. Сегмент отражателя 2′, имеющий поперечное сечение в виде эвольвенты, расположен с противоположной от освещаемой поверхности стороны источника 1. Нормаль АО, построенная к сегменту поверхности отражателя 2′ в произвольной точке А, не пересекает тело свечения. Световой луч из произвольной точки В на поверхности тела свечения излучателя 1 приходит в точку А под углом α к нормали АО. Этот луч отражается под тем же углом α к нормали АО и выходит из светильника в направлении АВ′. Точки А, В, В′, О лежат в единой плоскости распространения прямого и отраженного лучей. Нормаль АО делит эту плоскость на две полуплоскости. Поскольку нормаль к любой точке поверхности сегмента отражателя 2′ не пересекает тело свечения, то тело свечения находится в одной из указанных полуплоскостей, а отраженный луч АВ′ - в другой. Поэтому попадание отраженного луча назад в источник исключено.The device contains a source 1 with a luminescent body of a spherical shape with a reflector 2. Reflector 2 is a body of revolution and consists of two segments: marked 2 "has a cross section in the form of a parabola with a luminous body in its focus, and marked 2 ′ - in in the form of an involute. The body of the luminescence is entirely inside the generating circle of the involute. The reflector segment 2 ′, having a cross section in the form of an involute, is located on the opposite side of the source side from the illuminated surface 1. Normal AO, built the luminous body does not intersect the segment of the reflector surface 2 ′ at an arbitrary point A. The light beam from an arbitrary point B on the surface of the luminous body of the emitter 1 arrives at point A at an angle α to the normal AO. This beam is reflected at the same angle α to the normal AO and leaves the luminaire in the direction AB ′. Points A, B, B ′, O lie in the same plane of propagation of direct and reflected rays. The normal AO divides this plane into two half-planes. Since the normal to any point on the surface of the reflector segment 2 ′ does not intersect the body glow a glow body is in one of these half-planes, and the reflected beam is AB '- to another. Therefore, the return of the reflected beam back to the source is excluded.

Линия раздела между сегментами 2′ и 2" выбрана таким образом, что для всех точек параболического сегмента нормаль к его поверхности также не пересекает тела свечения. На чертеже показана такая нормаль DO′. Луч CD из центра С тела свечения, являющегося фокусом параболы, при отражении от параболического сегмента в точке D выходят из отражателя в направлении точки Е параллельно оси симметрии отражателя.The dividing line between the segments 2 ′ and 2 ″ is chosen so that for all points of the parabolic segment the normal to its surface does not intersect the luminescence body as well. The drawing shows such a normal DO ′. reflection from the parabolic segment at point D exit the reflector in the direction of point E parallel to the axis of symmetry of the reflector.

При выполнении заявленного условия расположения нормали для всех точек тела свечения и отражающей поверхности исключается отражение излучения назад в тело свечения и связанные с этим потери световой энергии.When the stated conditions for the location of the normal for all points of the luminescence body and reflective surface are fulfilled, reflection of radiation back into the luminescence body and the associated loss of light energy are excluded.

Аналогичным образом осуществляется построение отражателя в том случае, когда источник света имеет тело свечения в виде трубки круглого сечения. Фронтальный разрез такого осветительного устройства будет совпадать с рассмотренным.Similarly, the construction of the reflector is carried out in the case when the light source has a luminous body in the form of a tube of circular cross section. The frontal section of such a lighting device will coincide with the one considered.

В описанном варианте реализации полезной модели, эвольвента является примером кривой, нормаль к которой не пересекает тело свечения, если оно целиком находится внутри ее производящей окружности. Однако, множество поверхностей, удовлетворяющих заявленному условию, не ограничивается поверхностями, производными от эвольвенты. На фиг.2 изображен один из возможных вариантов реализации полезной модели, в котором отражатель образован плоскими сегментами. Источник 1 представляет собой трубчатую люминесцентную лампу, а отражатель 2 согнут из листа металла, обладающего высоким коэффициентом отражения - например, алюминия. В поперечном сечении отражатель имеет форму ломаной линии, состоящей из отрезков прямых. Подобная форма является простой и технологичной в изготовлении. Расположение и размеры отрезков ломаной выбраны таким образом, чтобы нормаль к каждому из отрезков не пересекала тело свечения излучателя. Свет от источника 1, отражаясь от отражателя 2, не возвращается назад в источник.In the described embodiment of the utility model, the involute is an example of a curve whose normal does not intersect the body of the glow, if it is entirely inside its generating circle. However, a plurality of surfaces satisfying the stated condition is not limited to surfaces derived from involute. Figure 2 shows one of the possible embodiments of the utility model, in which the reflector is formed by flat segments. The source 1 is a tubular fluorescent lamp, and the reflector 2 is bent from a sheet of metal having a high reflection coefficient - for example, aluminum. In cross section, the reflector has the shape of a broken line consisting of line segments. This form is simple and technologically advanced to manufacture. The location and dimensions of the segments of the polygonal line are selected so that the normal to each of the segments does not intersect the body of the luminous emitter. Light from source 1, reflected from reflector 2, does not return back to the source.

В современной светотехнике, при автоматизированном конструировании формы поверхности отражателя обычно применяется общий критерий в виде требуемого распределения освещенности на освещаемой поверхности. Совместно с таким критерием, заявленное условие должно использоваться в качестве ограничения, то есть форма поверхности должна синтезироваться для достижения требуемого распределения освещенности, но при этом нормаль к ней не должна пересекать тело свечения.In modern lighting engineering, in the automated design of the reflector surface shape, a general criterion is usually applied in the form of the required distribution of illumination on the illuminated surface. Together with such a criterion, the stated condition should be used as a limitation, that is, the surface shape should be synthesized to achieve the desired distribution of illumination, but the normal to it should not cross the body of the glow.

При конструктивной реализации осветительного устройства, в дополнение к поверхности, определенной в соответствии с заявленным условием, может возникнуть необходимость введения дополнительных элементов формы отражателя, таких как крепежные элементы, технологически обусловленные закругления на местах острых кромок и на сопряжениях сегментов поверхности отражателя друг с другом. Часть световой энергии, отражаемой от этих, дополнительных элементов формы отражателя, может возвращаться в источник света. Однако, как правило, возможно сконструировать эти дополнительные элементы таким образом, чтобы доля световой энергии, отражаемая этими элементами, была бы пренебрежимо малой по сравнению с общей световой энергией, отражаемой отражателем. В этом случае наличие дополнительных элементов формы отражателя не оказывает влияния на технический результат полезной модели.In the constructive implementation of the lighting device, in addition to the surface defined in accordance with the stated condition, it may be necessary to introduce additional elements of the shape of the reflector, such as fasteners, technologically caused rounding at the places of sharp edges and at the interface of the segments of the reflector surface with each other. Part of the light energy reflected from these additional elements of the shape of the reflector can be returned to the light source. However, as a rule, it is possible to design these additional elements so that the fraction of light energy reflected by these elements is negligible compared to the total light energy reflected by the reflector. In this case, the presence of additional elements of the shape of the reflector does not affect the technical result of the utility model.

В источниках света сложной конструкции, например, многонитевых лампах накаливания, может быть несколько тел свечения. Для таких источников, заявленное условие не может быть использовано непосредственно. Тем не менее, если построить воображаемую область, охватывающую все имеющиеся в источнике тела свечения, и рассматривать ее в качестве единого тела свечения, то заявленное условие обеспечивает исключение возврата световой энергии назад в источник.In light sources of complex design, for example, multi-filament incandescent lamps, there may be several luminous bodies. For such sources, the stated condition cannot be used directly. Nevertheless, if we construct an imaginary region that covers all the luminosity bodies present in the source and consider it as a single luminescence body, then the claimed condition ensures that light energy is not returned back to the source.

После первого отражения от поверхности отражателя 2, при определенной форме отражателя луч может повторно попасть на отражающую поверхность и претерпеть повторное отражение. Результатом повторного отражения может быть выход луча за пределы отражателя, возврат энергии в источник, а также дополнительное отражение. Заявленное условие само по себе не позволяет исключить возврат энергии в источник при повторных отражениях. При конструировании отражателя необходимо следить, чтобы не возникало возврата энергии в источник при втором и последующих отражениях.After the first reflection from the surface of the reflector 2, with a certain shape of the reflector, the beam can re-enter the reflecting surface and undergo re-reflection. The result of re-reflection can be the exit of the beam beyond the limits of the reflector, the return of energy to the source, as well as additional reflection. The stated condition alone does not allow to exclude the return of energy to the source during repeated reflections. When designing a reflector, it is necessary to ensure that there is no return of energy to the source during the second and subsequent reflections.

В осветительном устройстве могут быть применены несколько источников света, для каждого из которых имеется соответствующая часть поверхности отражателя, нормаль к которой не пересекает тело свечения данного источника света. Излучение источника отражается от соответствующей части поверхности отражателя без возврата энергии назад в источник. Таким образом, могут быть реализованы осветительные устройства увеличенной мощности.Several light sources can be used in the lighting device, for each of which there is a corresponding part of the reflector surface, the normal to which the luminous body of the given light source does not cross. The source radiation is reflected from the corresponding part of the reflector surface without returning energy back to the source. Thus, increased power lighting devices can be realized.

На фиг.3 представлен вариант реализации полезной модели, в котором используются три источника в виде трубчатых люминесцентных ламп 1a, 1b и 1с. Отражатель состоит из трех одинаковых сегментов 2а, 2b и 2с, каждый из которых идентичен отражателю, изображенному на фиг.2. Заявленное условие выполняется для источника 1а в паре с сегментом 2а, источника 1b в паре с сегментом 2b и источника 1с в паре с сегментом 2с. Свет каждого из источников после отражения от отражателя не возвращается назад в источник. Подобное устройство может применяться в качестве многолампового потолочного светильника.Figure 3 presents an embodiment of a utility model that uses three sources in the form of tubular fluorescent tubes 1a, 1b and 1c. The reflector consists of three identical segments 2a, 2b and 2c, each of which is identical to the reflector shown in Fig.2. The stated condition is fulfilled for source 1a paired with segment 2a, source 1b paired with segment 2b and source 1c paired with segment 2c. The light of each source after reflection from the reflector does not return back to the source. A similar device can be used as a multi-lamp ceiling lamp.

Claims

A lighting device comprising at least one light source with a glow body and a reflector, the reflector having a shape normal to any point on the surface of which does not intersect the glow body.