UA65604C2 - Epycycloid lightguide and an illumination device - Google Patents

Description

Даний винахід стосується світловоду, здатного передавати світло від освітлювального пристрою до певного місця призначення, зокрема, світловоду, що має епіциклоїдний переріз провідного елемента.

Взагалі, освітлювальний пристрій, що має світловод у формі каналу і здатний передавати світло від освітлювального пристрою по боковій поверхні, направляє світловий потік від джерела освітлення на поверхню стінки провідного елемента і є меншим за освітлювальний пристрій, що не має світловоду.

Світловод у формі каналу має задовольняти цій умові для ефективного застосування для різних освітлювальних цілей. 1. Передача потоку світла, випромінюваного на провідний елемент, має забезпечувати необхідну передачу параметрів освітлення, що вимагає від джерела освітлення постійних характеристик та величини щодо напряму та кута. 2. Порівняно з іншим освітлювальним приладом витрати енергії мають бути меншими. 3. Порівняно з іншими технічними пристроями досягається певна вигода з точки зору витрат.

У багатьох патентах, які фактично не застосовуються в усіх типах освітлювальних пристроїв, освітлювальний пристрій зі світловодом канального типу має світловод, світлопровідна конструкція якого має кругову (з певною опуклістю) або полігональну форми. Пристрій світлового відбивача, що має лампу у вигляді кільця, відповідає входу світловоду канального типу.

Світловодний канал, що має круговий і полігональний переріз, здатен ефективно запобігати випроміненню світла через поверхню стінок світловоду незалежно від матеріалу, що застосовується для світловоду, якщо він має належне дзеркальне відбиття, або призматичну прозорість, або розсіювання. Крім того, характеристики передачі світла, які мають змінюватися відповідно до різних випадків застосування, не змінюються. Запатентовано багато технологій, що стосуються геометричних змін світлової щілини, на основі змін довжини світловоду, модифікації світловоду та параметрів світлового випромінення, які не можуть оптимізувати джерело освітлення за необхідних умов.

Необхідно сконцентрувати (стиснути) розсіяне світло у певній частині світловоду. Для розв'язання вищеописаної проблеми запропоновано спосіб переміжного розташування певної кількості лінз у подовжньому напрямі світловоду та зміни оптичних характеристик стінок світловоду.

Фігури ТА та 1Б пояснюють приклади, у яких призму встановлено на поверхні стінки світловоду, що має круговий переріз. Як показано на структурній схемі світловоду на фігурі 1А, навколо лампи З встановлено відбивач для концентрації світла від лампи З у певній точці, у якій провідний елемент 1, що передає світло до певного місця призначення, з'єднується з рефлектором. На кінці світловоду прикріплено ковпачок 2. Як показано на фігурі 1Б, на якій показано переріз світловоду, форма перерізу є круглою, і зачеплюючу частину 5 утворено у верхній його частині.

Провідний елемент утворено із зовнішнього провідника 4 та внутрішнього провідника 9. Внутрішній матеріал утворено зі структурованої призми. Фігури 2А та 2Б показують форму призми. Як показано на фігурі 2А, на тонкій плівці призми безперервно утворено рівнобедрені трикутники, а фігура 2Б показує їх розміри. Провідний елемент, у якому застосовано призму, здатен повністю відбивати світло, що подається під певним кутом. Фігура 28 є видом у перспективі, що показує частину провідного елемента, що має призму.

Однак в цілому неможливо розв'язати проблеми світловоду канального типу, змінюючи оптичну характеристику стінок світловоду, переміжно розміщуючи лінзи або застосовуючи призми. Вищеописаний спосіб розв'язання проблеми може збільшити вартість світловоду канального типу. Отже, слід поліпшити структуру світловодного каналу та оптичне з'єднання з джерелом випромінювання.

Відповідно, задача даного винаходу полягає у створенні світловоду, здатного до збільшення ефективності та зниження витрат на виготовлення без застосування лінзи або призми, як у традиційному світловоді.

Для досягнення вищезазначеної мети у даному винаході пропонується світловод епіциклоїдного типу, який характеризується тим, що за профілем він має форму труби, що має епіциклоїдну кривизну.

Даний винахід легше буде зрозуміти з посиланням на супровідні фігури, які подані лише для пояснення і, таким чином, не вичерпують даного винаходу, серед яких: фігура 1А є вертикальним розрізом, що показує конструкцію, у якій призму утворено на поверхні стінок світловоду, що у традиційному виконанні має круглий переріз; фігура 1Б є горизонтальним розрізом, що показує форму перерізу світловоду з фігури 1А; фігура 2А є видом у перспективі, що показує структуру призми світловоду, розріз якого наведено на фігурі 1А; фігура 2Б є перерізом, що показує розмір призми з фігури 2А; фігура 28 є видом у перспективі що показує світловод з призмою з фігури 2А; фігура З ілюструє різні форми епіциклоїдної кривої; фігура 4 ілюструє параметричне рівняння епіциклоїдної кривої циліндра згідно з даним винаходом; фігура 5А є розрізом, що показує варіант втілення світловоду згідно з даним винаходом; і фігура 5Б є горизонтальним поперечним розрізом, що показує поперечний переріз світловоду з фігури 5А.

Даний винахід стосується освітлювального пристрою, утвореного з джерела світла, порожнього провідного елемента, що простягається від джерела світла і має прозору частину. Даний винахід являє собою світловод у формі труби, що має переріз, який має епіциклоїдну кривизну, для поліпшення характеристик потужності та передачі світла. Світло проходить завдяки застосуванню певного матеріалу або призми на певній ділянці, що має переріз форми епіциклоїди, а рефлектор з високим коефіцієнтом відбиття утворено на інших ділянках світловоду.

Крім того, конічний рефлектор може бути встановлений на певній відстані від лампи у світловоді.

Рефлектор утворено у формі конуса і він має ту ж саму кількість відгалужень, що й кількість відгалужень епіциклоїди перерізу світловоду.

Епіциклоїда окреслюється як шлях, по якому проходить точка окружності, коли певна окружність рухається по фіксованій окружності. Отже, різні криві утворюються в залежності від радіуса фіксованої окружності, і можна утворити різні криві відповідно до розміру радіуса фіксованої окружності та розміру радіуса окружності, що обертається. Якщо радіус фіксованої окружності дорівнює "а", радіус окружності, що обертається, дорівнює "р", а кут - "", то параметричне рівняння епіциклоїди є таким.

Х-(а-б)сов()-рсоз((а/6--1)3)

М -(а-р)віп(О-бвіп((а/ю--1)0)

Фігура З показує різні епіциклоїдні криві. Більшість епіциклоїдних кривих сформовано у формі пелюсток квітки. Якщо прийняти, що напівкругла дуга є відгалуженням, то кількість відгалужень становить від З доб, і може бути більше, ніж від З до 6 відгалужень. Фігура З показує круглу та еліптичну форми епіциклоїди (позначення від і до І). У даному винаході здебільшого застосовують кругову епіциклоїду, що має 5 відгалужень. В оптимальному варіанті втілення даного винаходу кількість відгалужень та їх основний тип можна змінювати залежно від мети застосування та умов виготовлення світловода.

Світловод, що має різні перерізи у формі епіциклоїдної кривої, має такі властивості: 1) Ступінь відбиття стінок каналу світловоду зменшується, і крок руху послідовних відбить зменшується. 2) У напрямку проходження потоку світла у світловоді утворюється каустична ділянка, і світло стискається в осьовому напрямку каналу. 3) Вищеописаний умови 1 та 2 можуть бути змінені шляхом зміни форми епіциклоїди або світлових параметрів матеріалу, з якого утворено стінки світловоду. 4) Вартість виробництва зменшується і поліпшуються технічні характеристики освітлення та енергетичні характеристики.

Вищеописані умови є головною умовою, виконання якої вимагається для розв'язання проблем освітлювального пристрою, що має традиційний порожній світловод.

Оптична конструкція, утворена з циліндричним світловодом епіциклоїдної форми, може мати різні варіанти втілення. Порожній циліндричний канал світловода має радіус, який утворює епіциклоїду з певною кількістю "т" епіциклоїдних відгалужень, різні форми якої залежать від довжини /. каналу, яка є оптично близькою до розміру вхідного отвору світла пристрою, та геометричних параметрів. Форма епіциклоїди може бути розтягнутою або стиснутою, що дозволяє здійснити багато змін у світловоді, залежно від різних варіантів типу матеріалу та параметрів.

З технічної точки зору в оптимальному варіанті вибирають зменшену епіциклоїду, показану як точка М, розташована на відстані П((Ос1) від центру на радіусі "", а не на окружності, що утворює епіциклоїду, як показано на фігурі 4. Параметричне рівняння епіциклоїдного циліндра по відношенню до осі 7 є таким: хе «т)Соз0-0Со5(1-нт)О)

УЧИ я-т)5іпО-ОБІіп(1 нт) ОС) ОП) 7-ї де кожен параметр 0 лежить у межах 0-21.

Якщо кожне відгалуження епіциклоїди є циклоїдою, світло, яке дзеркально відбивається від стінок світловоду або має повне внутрішнє відбиття, задовольняє вищеописані вимоги щодо співвідношення між падаючим кутом та кутом відбиття. Серед основних особливостей світловоду епіциклоїдного типу є те, що обвідна усіх нормальних ліній по відношенню до дотичної лінії у кожній точці падаючого променя стає гіпоциклоїдою і може бути виражена таким чином: х-ЦЩ1-т)Соз0-ОСо5(1-то)) у-ЦИ1-т)5і0-О5іп(1-то) (2) 7-ї

Наведене вище Рівняння (2) є дійсним по відношенню до порожнього світловоду, який утворено на основі епіциклоїдної комбінації відгалужень, утворених у замкненій кривій на зразок овалу Кассіні. Овальній світловод показано на фігурі 3(). Відгалуження являють собою комбінацію епіциклоїди, де т-3, 4, 5, 6, (фігура 3(І)). Вищеописаний світловод називають комбінованим епіциклоїдним світловодом. Крайовий ефект, який викликає багаторазове відбиття світла, зменшується і у звичайному світловоді, і у комбінованому світловоді, і поширення неефективного світла зменшується. Концентрування променя, що відбивається, збільшує крок між відбиттями, які переміжно зменшують втрати енергії під час відбиття. Зі зменшенням радіусу обвідної світгловоду концентрація променя, що відбивається, збільшується.

Характеристикою проходження світла у світловоді епіциклоїдного типу є те, що концентрацію світла отримують у каустичній ділянці центра світловоду. Обвідною каустичної ділянки є гіпоциклоїда. Її тип має константу подібності К-В/(Е-21) і є подібним до епіциклоїди, що обертається навколо того ж самого центра

П/К. У цьому разі весь промінь центральної частини відбивається і вводиться у щілину світловоду епіциклоїдного типу (зокрема, кількість відгалужень є непарним числом) порівняно з круговим світловодом, у якому більша частина центрального променя стикається зі світлом відбиття перш, ніж досягає щілини; тобто досягається збільшення ефективності.

Фігури 5А та 5Б показують варіант втілення світловода, переріз якого за формою є епіциклоїдою. Як показано на фігурі 5А, відбивач встановлено так, щоб оточувати лампу для концентрації світла від лампи З у передній частині освітлювального пристрою. Провідний елемент 1 на цій передній поверхні з'єднується з відбивачем для передачі генерованого світла до певного віддаленого пункту призначення. Переріз провідного елемента 1 має форму епіциклоїдної кривої, а не форму кола. У кінці провідного елемента встановлено напрямну лінійку (кондуктор) 6. Фігура 5Б показує детальний поперечний розріз. У цьому разі епіциклоїдну поверхню 21, що має п'ять відгалужень, утворено для побудови таким чином провідного елемента. Цього разу параметричне рівняння є таким: х-150со05()-20со5(6) у-1505іп()-205іп(6О)

Ще одна особливість даного винаходу полягає у тому, що стійкий до високої температури рефлектор 22 встановлено у передній частині відбивача, порівняно з уже відомим рівнем техніки. Рефлектор 22 має форму конуса епіциклоїдного типу на відміну від провідного елемента 1 і має п'ять відгалужень.

Параметричне рівняння рефлектора 22 є таким: х-756с05()--10со5(6) у-755іп()-105іп(60)

Отже, у даному винаході, оскільки перерізи провідного елемента 1 та рефлектора 22 мають форму епіциклоїдного типу, світло від освітлювального пристрою ефективно передається до певного місця призначення.

Як було описано вище, у даному винаході не застосовують дорогих лінз та призм, що знижує вартість виробництва, і, таким чином, існує можливість виготовлення високоефективного світловоду. Зокрема, можна поліпшити характеристики ефективності освітлення та енергетичні характеристики шляхом зміни типу епіциклоїди або зміни оптичних параметрів матеріалу, з якого утворено поверхню стінок світловоду.

Оскільки даний винахід може бути втілений у кількох формах без відхилення від його сутності або суттєвих характеристик, слід також розуміти, що вищеописаний варіант втілення не обмежується ніякими деталями попереднього опису, якщо не вказано іншого, а скоріше має тлумачитися широко у межах його сутності та обсягу, як визначено у формулі, що додається, і тому всі зміни та модифікації, які лежать у межах вимог формули, або є еквівалентними їм, також мають охоплюватися формулою, що додається. іг. 1А

Фіг. | ши

В данелае наван нні т дні и: З сонні дні сн В

ЩІ ї 1, й іг. 16

Фіг. 4 уся Б

ЕЕ : І

З Я

" х. ; -й ї

Фіг. 2А

Фіг. 26 502 МКМ - Кут при вершині: 90 град.

Е ср / ! 2 ю ШЕ - Плівка-носій ку | 7

Фіг. 4 ле

ПР

ОХ На

Фіг. БА шк в

- Фіг. 5Б

Й р со -2 й

Claims (20)

1. Світловод, що містить світлопровідний елемент, який відрізняється тим, що вказаний світлопровідний елемент виконаний у формі труби, переріз якої обмежено епіциклоїдою.

2. Світловод за п. І, який відрізняється тим, що у вищезгаданій епіциклоїді кількість відгалужень є більшою за 2.

3. Світловод за п. 2, який відрізняється тим, що у вищезгаданій епіциклоїді кількість відгалужень становить 3.

4. Світловод за п. 2, який відрізняється тим, що у вищезгаданій епіциклоїді кількість відгалужень становить 4.

5. Світловод за п. 2, який відрізняється тим, що у вищезгаданій епіциклоїді кількість відгалужень становить 5.

б. Світловод за п. 2, який відрізняється тим, що у вищезгаданій епіциклоїді кількість відгалужень становить 6.

7. Світловод за п. І, який відрізняється тим, що вищезгадана епіциклоїда є кривою, одержаною на основі кола.

8. Світловод за п. І, який відрізняється тим, що вищезгадана епіциклоїда є кривою, одержаною на основі еліпса.

9, Світловод за п. 1, який відрізняється тим, що він виконаний з можливістю передачі світла в світлопровідному елементі, виготовленому з матеріалу, що пропускає світло, переріз якого має форму епіциклоїди, при цьому світловод містить рефлектор з високим коефіцієнтом відбиття, встановлений в ньому.

10. Освітлювальний пристрій, який містить джерело світла та епіциклоїдний світловод у формі труби, що має прозору бокову поверхню, при цьому переріз ї каналу обмежений епіциклоїдою.

11. Пристрій за п. 10, який відрізняється тим, що він містить конічний рефлектор, виконаний з можливістю відбиття світла і встановлений на відстані від джерела світла у світловоді.

12. Пристрій за п. 11, який відрізняється тим, що вищезгаданий рефлектор має відгалуження, кількість яких відповідає кількості відгалужень епіциклоїди перерізу провідного елемента.

13. Пристрій за п. 10, який відрізняється тим, що у вищезгаданій епіциклоїді кількість відгалужень є більшою за 2.

14. Пристрій за п. 13, який відрізняється тим, що у вищезгаданій епіциклоїді кількість відгалужень становить 3.

15. Пристрій за п. 13, який відрізняється тим, що у вищезгаданій епіциклоїді кількість відгалужень становить 4.

16. Пристрій за п. 13, який відрізняється тим, що у вищезгаданій епіциклоїді кількість відгалужень становить 5.

17. Пристрій за п. 13, який відрізняється тим, що у вищезгаданій епіциклоїді кількість відгалужень становить 6.

18. Пристрій за п. 10, який відрізняється тим, що вищезгадана епіциклоїда є кривою, одержаною на основі кола.

19. Пристрій за п. 10, який відрізняється тим, що вищезгадана епіциклоїда є кривою, одержаною на основі еліпса.

20. Пристрій за п. 10, який відрізняється тим, що він виконаний з можливістю передачі світла в світлопровідному елементі, виготовленому з матеріалу, що пропускає світло, і1 переріз якого обмежено епіциклоїдою, при цьому світловод містить рефлектор з високим коефіцієнтом відбиття, встановлений в ньому.