UA125343C2

UA125343C2 - Combined lighting fixture

Info

Publication number: UA125343C2
Application number: UAA201906424A
Authority: UA
Inventors: Анатолій Савелійович Литвиненко
Original assignee: Харківський Національний Університет Міського Господарства Імені О.М. Бекетова
Priority date: 2019-06-10
Filing date: 2019-06-10
Publication date: 2022-02-23

Abstract

The invention relates to lighting engineering. The combined lighting fixture consists of an LED source and a planar light guide, the lower flat surface of which is made smooth, and the upper surface contains point inhomogeneities. According to the invention, the radiation source in the form of an RGB LED is placed above the centre of the light guide perpendicular to its plane, and the part of the upper surface of the light guide through which radiation is introduced is made as a flat phase diffraction grating in the form of uniform concentric circles. The invention makes it possible to use the lighting fixture simultaneously as an individual workplace illuminator and as a less intensive illumination of the premises of photographic, holographic laboratories when working with light-sensitive materials.

Description

Винахід належить до світлотехніки і може використовуватись як світильник для внутрішнього освітлення в фотографічних, голографічних та інших лабораторіях при роботі з світлочутливими матеріалами.The invention belongs to lighting engineering and can be used as a lamp for internal lighting in photographic, holographic and other laboratories when working with light-sensitive materials.

Відома конструкція світильника |1|, що складається з джерела випромінювання, розміщеного в корпусі, та світлофільтра, через який випромінювання виходить назовні.The design of the lamp |1| is known, consisting of a source of radiation placed in the housing and a light filter through which the radiation goes outside.

Як джерело світла зазвичай використовується лампа розжарювання. Світильник має світлофільтр, який пропускає світло, що не впливає на світлочутливий матеріал.An incandescent lamp is usually used as a light source. The lamp has a light filter that transmits light that does not affect the light-sensitive material.

Недоліками цієї конструкції є те, що вона громіздка, має велику вагу, нагрівається до високої температури при довгій експлуатації. Цей світильник не призначений для використання для місцевого та фонового освітлення приміщення одночасно.The disadvantages of this design are that it is bulky, has a lot of weight, heats up to a high temperature during long use. This lamp is not intended to be used for local and background lighting of the room at the same time.

Найбільш близьким за технічною суттю до запропонованого є, вибраний як прототип, світлодіодний світильник |2), що складається з світлодіодного джерела та планарного світловода, нижня плоска поверхня якого виконана гладкою, а верхня поверхня містить точкові неоднорідності.The closest in terms of technical essence to the proposed one is the LED lamp |2) selected as a prototype, consisting of an LED source and a planar light guide, the lower flat surface of which is smooth, and the upper surface contains point inhomogeneities.

Такий світильник створює затишне фонове освітлення, але для проведення точних робіт, потужності світлового потоку зазвичай не вистачає. Такий світильник не призначений для місцевого та фонового освітлення приміщення одночасно. Окрім цього, він не може бути використаний при роботі з світлочутливими матеріалами.Such a lamp creates cozy background lighting, but for accurate work, the power of the light flow is usually not enough. Such a lamp is not intended for local and background lighting of the room at the same time. In addition, it cannot be used when working with light-sensitive materials.

В основу винаходу поставлено задачу удосконалення конструкції світильника, в якому, за рахунок використання спеціального світлодіодного джерела, зміни розташування його відносно планарного світловода та доробки самого світловода, що входить до складу світильника, досягається збільшення світлового потоку в нижню частину вздовж оптичної осі. Це розширить діапазон використання світильників такого типу, а саме, дозволить використовувати світильник одночасно як індивідуальний освітлювач робочого місця і для менш інтенсивного освітлення приміщення. Окрім цього, така конструкція дозволить оперативно змінювати кольоровість світлового потоку.The basis of the invention is the task of improving the design of the lamp, in which, due to the use of a special LED source, changing its location relative to the planar light guide and finishing the light guide itself, which is part of the lamp, an increase in the light flux in the lower part along the optical axis is achieved. This will expand the range of use of lamps of this type, namely, it will allow the lamp to be used simultaneously as an individual illuminator of the workplace and for less intensive lighting of the room. In addition, this design will allow you to quickly change the color of the light stream.

Поставлена задача вирішується тим, що в світильнику комбінованого освітлення, що складається з світлодіодного джерела та планарного світловода, нижня плоска поверхня якого виконана гладкою, а верхня поверхня містить точкові неоднорідності, згідно з винаходом,The problem is solved by the fact that in a combined lighting fixture consisting of an LED source and a planar light guide, the lower flat surface of which is smooth, and the upper surface contains point inhomogeneities, according to the invention,

Зо джерело випромінювання у вигляді КСВ світлодіода розміщується над центром світловода перпендикулярно його площині, а частина верхньої поверхні світловода, через яку вводиться випромінювання, виконана як плоска фазова дифракційна решітка у вигляді рівномірних концентричних окружностей, період якої не перевищує й«А с п, де А - довжина хвилі випромінювання світлодіодного джерела, п - коефіцієнт заломлення матеріалу, з якого виготовлений планарний світловод.The source of radiation in the form of an SWR of an LED is placed above the center of the optical fiber perpendicular to its plane, and the part of the upper surface of the optical fiber through which the radiation is introduced is made as a flat phase diffraction grating in the form of uniform concentric circles, the period of which does not exceed и«А с п, where A - the wavelength of the radiation of the LED source, n - the refractive index of the material from which the planar light guide is made.

На кресл. показана конструкція світильника, де позначено: 1-ВОВ світлодіод, 2 - планарний світловод, З - точкові неоднорідності, 4 - плоска фазова дифракційна решітка, 5 - промені, що дифрагують на решітці, 6 - промені, що проходять крізь решітку.On the chair. the design of the lamp is shown, where it is marked: 1-WVV LED, 2 - planar light guide, C - point inhomogeneities, 4 - flat phase diffraction grating, 5 - rays diffracting on the grating, 6 - rays passing through the grating.

Працює світильник у такий спосіб.The lamp works in the following way.

Пластмасовий корпус світильника (планарний світловод 2), наприклад круглої форми, виготовляється з поліметилметакрилату товщиною 4-6 мм. Нижня і верхня поверхні світловода поліровані. На верхній поверхні нанесені точкові неоднорідності З (крапки у вигляді матованої за допомогою лазера частини поверхні або випуклі лінзи нанесені методом шовкографії розміром 0,5-1 мм, розташовані на відстані 1-2,5 мм). Як джерело випромінювання використовується НаВ світлодіод 1, який розміщується над центром світловода перпендикулярно його площині. Для світильника комбінованого освітлення кут випромінювання світлодіодного джерела, який зумовлює площу місцевого освітлювання, зазвичай вибирають невеликим, в межах 15".The plastic body of the lamp (planar light guide 2), for example round, is made of polymethyl methacrylate with a thickness of 4-6 mm. The lower and upper surfaces of the light guide are polished. On the upper surface point inhomogeneities are applied (dots in the form of laser-matted part of the surface or convex lenses applied by the silk-screen method with a size of 0.5-1 mm, located at a distance of 1-2.5 mm). As a source of radiation, a NaV LED 1 is used, which is placed above the center of the light guide perpendicular to its plane. For a combined lighting fixture, the radiation angle of the LED source, which determines the area of local illumination, is usually chosen to be small, within 15".

Частина верхньої поверхні світловода, через яку вводиться випромінювання, виконана як плоска фазова дифракційна решітка 4 у вигляді рівномірних концентричних окружностей, центр яких співпадає з оптичною віссю світильника. Для цього, відомими методами |З, 4| формують плоску фазову рельєфну голографічну решітку на поверхні всередині світловода. Така голографічна решітка формує дифракційну хвилю тільки першого порядку і має дифракційну ефективність до З0 9.The part of the upper surface of the light guide, through which radiation is introduced, is made as a flat phase diffraction grating 4 in the form of uniform concentric circles, the center of which coincides with the optical axis of the lamp. For this, known methods |Z, 4| form a flat phase-relief holographic grating on the surface inside the light guide. Such a holographic grating forms a diffraction wave of only the first order and has a diffraction efficiency of up to Z0 9.

При застосуванні світильника у фотолабораторіях (червоне світло) або в голографічних лабораторіях (синє світло при роботі з гелій-неоновим лазером або червоне при роботі з аргоновим або гелій-кадмієвим), ВОВ світлодіод і включають в режимі випромінювання червоного, зеленого або синього світла (залежно від вирішуваних завдань). Випромінювання світлодіода 1 потрапляє на голографічну плоску фазову дифракційну решітку 4. При цьому бо частина випромінювання (близько 30 95) дифрагує і спрямовується в світловод 2 (промені 5), а друга частина випромінювання (промені 6), проходять через решітку 4, забезпечуючи місцеве освітлення. Щоб забезпечити вхід випромінювання в планарний світловод під потрібним кутом, треба застосувати дифракційну решітку з потрібним періодом елементів.When using the lamp in photo laboratories (red light) or in holographic laboratories (blue light when working with a helium-neon laser or red when working with an argon or helium-cadmium laser), the LED is turned on in the red, green or blue light emission mode (depending on from solved tasks). The radiation of the LED 1 falls on the holographic flat phase diffraction grating 4. At the same time, part of the radiation (about 30 95) diffracts and is directed into the light guide 2 (rays 5), and the second part of the radiation (rays 6) passes through the grating 4, providing local illumination . In order to ensure the entrance of radiation into the planar light guide at the required angle, it is necessary to apply a diffraction grating with the required period of elements.

Знаючи умови повного внутрішнього відбиття в планарному світловоді віп ф - 1/п, де п - коефіцієнт заломлення матеріалу світловода, ф- кут повного внутрішнього відбиття, і умови дифракції на решітці при падінні випромінювання з довжиною хвилі 7. на решітку 4 5іп Ф-Х, легко визначити вимоги для періоду дифракційної решітки 4, при якому дифраговане випромінювання буде поширюватися в планарному світловоді, не виходячи назовні.с « ХП.Knowing the conditions of total internal reflection in a planar light guide vip f - 1/n, where n is the refractive index of the light guide material, f is the angle of total internal reflection, and the conditions of diffraction on the grating when radiation with a wavelength of 7 falls on the grating 4 5ip Х-Х , it is easy to determine the requirements for the period of the diffraction grating 4, in which the diffracted radiation will propagate in the planar light guide without going outside.

Світло від світлодіода 1 потрапляє в планарний світловод, розповсюджується в ньому, відбиваючись від полірованих поверхонь, не виходячи назовні. І тільки коли світло потрапляє на точкові неоднорідності 3, воно виходить назовні у межах тілесного кута рівного 21. При цьому вся поверхня світловода світить рівномірним м'яким розсіяним світлом.Light from LED 1 enters the planar light guide, spreads in it, reflecting off the polished surfaces, without going outside. And only when the light falls on the point inhomogeneities 3, it goes out within the solid angle equal to 21. At the same time, the entire surface of the light guide shines with a uniform soft diffused light.

Таким чином, запропонована конструкція світильника дозволяє змінити розподіл світлового потоку, а саме, збільшити його вихід у напрямку оптичної осі світильника. При цьому частина світильника, яка має матовані ділянки, створює розсіяне затишне фонове освітлення, а випромінювання вздовж оптичної осі світильника створює спрямоване, більш потужне випромінювання для місцевого освітлення. Окрім цього, така конструкція дозволить оперативно змінювати кольоровість світлового потоку, що дасть можливість більш ефективно використовувати такий світильник для роботи в фотографічних, голографічних та інших лабораторіях при роботі з світлочутливими матеріалами. Це розширить діапазон використання світильників такого типу, а саме, дозволить використовувати світильник одночасно як індивідуальний потужний освітлювач робочого місця при виконанні точних робіт і водночас для менш інтенсивного освітлення приміщення.Thus, the proposed design of the lamp allows you to change the distribution of the light flux, namely, to increase its output in the direction of the optical axis of the lamp. At the same time, the part of the lamp, which has frosted areas, creates diffused cozy background lighting, and radiation along the optical axis of the lamp creates directed, more powerful radiation for local lighting. In addition, such a design will allow to quickly change the color of the light stream, which will make it possible to use such a lamp more effectively for work in photographic, holographic and other laboratories when working with light-sensitive materials. This will expand the range of use of lamps of this type, namely, it will allow the lamp to be used simultaneously as an individual powerful workplace illuminator when performing precise work and at the same time for less intense lighting of the room.

Джерела інформації: 1. Лабораторньйй фонарь - Википедия пйрз //ги, мікіредіа.ога/мікі/Лаборторньій. фонарь 2. А.Г. Литвинов, С.Н. Литовченко, А.А. Фомин - Построение математической модели равномерного распределения светимости фронтальной поверхности светильника переотраженного света. "Світлотехніка та електроенергетика", Мо 1 (37), 04.2014 р., Харків, стор. 11-20.Sources of information: 1. Laboratory lantern - Wikipedia pirz //gy, mikiredia.oga/miki/Labortorny. flashlight 2. A.G. Litvinov, S.N. Lytovchenko, A.A. Fomin - Construction of a mathematical model of the uniform distribution of luminosity of the frontal surface of a reflected light lamp. "Light engineering and power engineering", Mo. 1 (37), 04.2014, Kharkiv, p. 11-20.

Зо З. А. Литвиненко, Л. Хромих - Голографія: захист товарів та документів. "СтандартизаціяFrom Z. A. Lytvynenko, L. Khromykh - Holography: protection of goods and documents. "Standardization

Сертифікація Якість", Мо 5 (24), 2003 р., стор. 35-38. 4. М. Милер, Голография (теория, зксперимент, применение), Ленинград, "Машиностроение", Ленинградское отделение, 1979. Стр. 69-70.Quality Certification", Mo. 5 (24), 2003, pp. 35-38. 4. M. Myler, Holography (theory, experiment, application), Leningrad, "Mashinostroenie", Leningradskoe otdelnie, 1979. P. 69- 70.

Claims

FORMULA OF THE INVENTION A combined lighting fixture consisting of an LED source and a planar light guide, the lower flat surface of which is made smooth, and the upper surface contains point inhomogeneities, which is characterized by the fact that the radiation source in the form of a NEW LED is placed above the center of the light guide perpendicular to its plane, and part the upper surface of the light guide, through which radiation is introduced, is made as a flat phase diffraction grating in the form of uniform concentric circles, the period of which does not exceed a"X-n, where 7 is the wavelength of the radiation of the LED source, n is the refractive index of the material from which it is made planar light guide.