Осветительное устройство, основанное на световоде со светорассеивающими частицами и модуле выбора светового угла - RU2638822C2

Чертежи

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к осветительному устройству, содержащему световод с введенными светорассеивающими и/или отражающими частицами, множеством светоизлучающих элементов и модулем выбора светового угла.

Уровень техники

Осветительные устройства, содержащие источник света со световодным листом или пластиной, который способен проводить свет внутри себя, перенаправлять или выводить свет из своей поверхности, используются для освещения поверхностей, таких как полки, внутренние панели, знаки и постеры. Одним из световодов для использования в таких осветительных устройствах является листовой материал ACRYLITE® EndLighten от компании Enovik Industries. Он представляет собой лист светопроводящего акрилового материала, в который введены светорассеивающие частицы. Акриловые листы принимают свет от источника света через свои торцевые поверхности, от которых свет распространяется внутри листа посредством полного внутреннего отражения. Введенные в лист светорассеивающие частицы перенаправляют идущий свет таким образом, что по меньшей мере часть его может выходить из поверхности листа, тем самым наделяя лист его осветительными свойствами.

Яркость в каждом местоположении такого световода из-за потерь в световоде зависит от расстояния, которое свет должен пройти, или на которое он должен распространиться, чтобы прийти в это место. Это имеет то последствие, что края световода, у которых расположен источник света или источники света, могут быть ярче, чем области, которые находятся дальше от источника света. Кроме того, это имеет то последствие, что световоды, например, неправильной или треугольной формы, в которых свет проходит неодинаковые расстояния, могут быть освещены неравномерно.

Сущность изобретения

Имея в виду вышеприведенное, задачей настоящего изобретения является обеспечить осветительное устройство с более равномерной светимостью, например устройство, в котором яркость света, который вышел из световода, являлась бы более однородной, чем свет, вышедший из световода, описанного в разделе описания уровня техники, или в котором яркость света, который вышел из световода, являлась бы полностью или почти полностью однородной. Другой связанной с этим задачей настоящего изобретения является обеспечить осветительное устройство, в котором количество света, которое выведено из световода в выбранном местоположении, могло бы быть приведено к требуемому.

Чтобы добиться решения по меньшей мере одной из этих задач и других задач, предложено осветительное устройство в соответствии с независимым пунктом формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления определены зависимыми пунктами.

В соответствии с первым объектом настоящего изобретения предложено осветительное устройство, содержащее

- световод, содержащий введенные светорассеивающие и/или светоотражающие частицы и световую поверхность ввода, выполненную с возможностью вводить свет, падающий на световую поверхность ввода, в световод, и

- первый светоиспускающий элемент и по меньшей мере второй светоиспускающий элемент,

в котором по крайней мере часть света, испущенного, соответственно, первым светоиспускающим элементом и вторым светоиспускающим элементом, падает на световую поверхность ввода, при этом осветительное устройство сконфигурировано таким образом, что для световых лучей, испущенных первым светоиспускающим элементом, углы падения световых лучей, падающих на световую поверхность ввода, находятся внутри первого углового интервала, и таким образом, что для световых лучей, испущенных вторым светоиспускающим элементом, углы падения световых лучей, падающих на световую поверхность ввода, находятся внутри второго углового интервала, и при этом первый угловой интервал и второй угловой интервал различны.

Например, осветительное устройство может содержать модуль выбора светового угла, выполненный с возможностью приема света, испущенного, соответственно, первым светоиспускающим элементом и по меньшей мере вторым светоиспускающим элементом, и вывода света таким образом, что по крайней мере часть света, испущенного, соответственно, первым светоиспускающим элементом и по меньшей мере вторым светоиспускающим элементом, падает на световую поверхность ввода. Модуль выбора светового угла сконфигурирован таким образом, что для световых лучей, испущенных первым светоиспускающим элементом, углы падения световых лучей, падающих на световую поверхность ввода, находятся внутри первого углового интервала, и таким образом, что для световых лучей, испущенных вторым светоиспускающим элементом, углы падения световых лучей, падающих на световую поверхность ввода, находятся внутри второго углового интервала.

Альтернативно или возможно, функциональные возможности по выбору угла, как он описан выше, могут быть обеспечены, соответственно, в первом светоиспускающем элементе и во втором светоиспускающем элементе. Другими словами, первый светоиспускающий элемент и, соответственно, по меньшей мере второй светоиспускающий элемент, могут быть устроены таким образом, что по меньшей мере некоторое количество света, испущенного первым светоиспускающим элементом, и, соответственно, по меньшей мере вторым светоиспускающим элементом, падает на световую поверхность ввода, таким образом, что для световых лучей, испущенных первым светоиспускающим элементом, углы падения световых лучей, падающих на световую поверхность ввода, находятся внутри первого углового интервала, и таким образом, что для световых лучей, испущенных по меньшей мере вторым светоиспускающим элементом, углы падения световых лучей, падающих на световую поверхность ввода, находятся внутри второго углового интервала, причем первый угловой интервал и второй угловой интервал являются различными или по существу различными.

В нижеследующем описании варианты осуществления по настоящему изобретению описаны со ссылкой на такой случай, в котором осветительное устройство содержит модуль выбора светового угла, как он описан выше. Однако следует понимать, что все описанные далее варианты осуществления настоящего изобретения приложимы, соответственно, к случаю, в котором функциональные возможности по выбору угла в осветительном устройстве, как они описаны выше, обеспечены, соответственно, в первом светоиспускающем элементе и в по меньшей мере втором светоиспускающем элементе, то есть не посредством отдельного блока выбора светового угла.

Термин "угол падения" в том смысле, как он здесь используется, означает угол между световым лучом, падающим на световую поверхность ввода, и линией, перпендикулярной световой поверхности ввода в точке падения светового луча, то есть поверхностью, нормальной к световой поверхности ввода в точке падения светового луча.

В одном варианте осуществления модуль выбора светового угла сконфигурирован таким образом, что для световых лучей, испущенных первым светоиспускающим элементом, углы падения световых лучей, падающих на световую поверхность ввода, по отношению к по меньшей мере одной плоскости находятся внутри первого углового интервала, и таким образом, что для световых лучей, испущенных по меньшей мере вторым светоиспускающим элементом, углы падения световых лучей, падающих на световую поверхность ввода, по отношению к по меньшей мере одной плоскости находятся внутри второго углового интервала, при этом одна из по меньшей мере одной плоскости определена поверхностью, нормальной к упомянутой световой поверхности ввода, и направлением, перпендикулярным поверхности, нормальной к упомянутой световой поверхности ввода. Например, свет, предназначенный для ввода в световод, может быть коллимирован лишь в одном направлении.

Первый угловой интервал и второй угловой интервал могут быть, например, частично перекрывающимися. Первый угловой интервал может быть, например, подинтервалом второго углового интервала, или наоборот. Углы, соответственно, внутри первого или второго угловых интервалов имеют максимальную величину и минимальную величину, соответствующие конечным точкам соответствующего углового интервала.

В результате того, что световые лучи, соответственно, испущенные первым светоиспускающим элементом, и световые лучи, испущенные по меньшей мере вторым светоиспускающим элементом, падают на световую поверхность ввода световода внутри различных интервалов углов падения, "быстрота" света, который затем выведен из световода, различна у света из соответствующих одних из первого и по меньшей мере второго светоиспускающих элементов. Чем меньше средняя величина угла падения световых лучей внутри светового пучка, тем более "медленным" является свет, выведенный затем из световода. Далее это будет описано более подробно.

Должным выбором интервала углов падения световых пучков из первого светоиспускающего элемента и по меньшей мере второго светоиспускающего элемента по световой поверхности ввода световода может быть облегчен или обусловлен необходимый вывод света из световода, чтобы получить требуемую пространственную равномерность выведенного света по световой поверхности вывода световода.

Для того чтобы достичь равномерного светового выхода из световода, например, через световую поверхность вывода световода, важной является быстрота, с которой свет выводится из световода. Быстрота, с которой свет выводится из световода, зависит от расстояния, которое свет должен пройти, или на которое он должен распространиться внутри световода. Например, для того места в световоде, для которого введенный свет, для того чтобы достичь этого места, должен пройти по световоду относительно большое расстояние, свет, чтобы получить равномерный световой выход из световода, должен быть выведен с меньшей быстротой. И, подобным же образом, для того места в световоде, для которого введенный свет, для того чтобы достичь этого места, должен пройти по световоду относительно малое расстояние, свет, чтобы получить равномерный световой выход из световода, должен быть выведен с большей быстротой. Настоящее изобретение облегчает или обуславливает средства для адаптации быстроты и протяженности пути, с которыми введенный свет выводится из световода, посредством должного выбора интервала углов падения световых пучков из первого светоиспускающего элемента и по меньшей мере второго светоиспускающего элемента по световой поверхности ввода световода. Настоящее изобретение облегчает или обуславливает вывод света из световода с различной быстротой и протяженностями пути в зависимости от точки вывода.

Более того, должным выбором интервала углов падения световых пучков из первого светоиспускающего элемента и по меньшей мере второго светоиспускающего элемента по световой поверхности ввода световода возможно увеличить интенсивность введенного в световод света при сохранении похожей или даже той же самой равномерности светового выхода из световода.

Осветительное устройство в соответствии с настоящим изобретением содержит световод с введенными светорассеивающими и/или отражающими частицами, элементы и/или структуры. Световод сконфигурирован таким образом, чтобы обеспечить распространение введенного в него света посредством полного внутреннего отражения. Световод содержит материал, через который свет может распространяться. Этот материал, предпочтительно, является прозрачным материалом. Термин "прозрачный" в том смысле, как он здесь используется, представляет собой физическое свойство, заключающееся в разрешении свету проходить через материал, в который введены светорассеивающие и/или отражающие частицы, без рассеяния. В различных вариантах исполнения световод содержит материал, выбранный из полиметилметакрилата (ПММА), поликарбоната, стекла и/или силиконового каучука. ПММА иногда называют акриловым стеклом. Световод может содержать более чем один из этих материалов. Например, световод может содержать ПММА, поликарбонат, стекло и/или силиконовый каучук.

Световод может иметь различные формы, такие как пластина, стержень или волокно. Формы световода могут быть по существу правильными или неправильными. По меньшей мере часть внешней поверхности световода может быть гладкой. В другом примере по меньшей мере часть внешней поверхности световода является шероховатой, то есть не гладкой. Однако конфигурирование внешней поверхности световод таким образом, чтобы по меньшей мере часть ее была шероховатой, вообще, желательно только в том случае, когда от световода требуется повышенный световой выход. Конфигурированием избранных участков внешней поверхности световода так, чтобы они были шероховатыми, может быть достигнута повышенная равномерность светового выхода из световода. Световод может иметь треугольную, прямоугольную или круговую форму.

Световод содержит введенные в материал светорассеивающие и/или отражающие частицы.

Светоиспускающие элементы, в принципе, могут содержать любой тип элемента, который способен порождать и испускать свет. Например, светоиспускающие элементы могут содержать светоизлучающие диоды - светодиоды. RGB-светодиоды с успехом используются для обеспечения динамического светового выхода из осветительного устройства. Множество, то есть два или более, светоиспускающих элементов внутри осветительного устройства могут быть одного и того же типа или различных типов.

Светоиспускающие элементы во время работы испускают свет. Световод принимает свет от по меньшей мере двух светоиспускающих элементов через по меньшей мере одну световую поверхность ввода, от которой свет распространяется внутри световода посредством полного внутреннего отражения. Введенные в световод светорассеивающие и/или отражающие частицы перенаправляют свет, распространяющийся внутри световода, таким образом, чтобы по крайней мере некоторая часть его могла выходить из поверхности, например, из световой поверхности вывода световодного блока, тем самым придавая этому световодному блоку свойства светимости.

Модуль выбора светового угла может быть сконфигурирован для обеспечения разности в интервалах углов падения света из первого светоиспускающего элемента и по меньшей мере второго светоиспускающего элемента, введенного в световую поверхность ввода световода целым рядом способов. Световые лучи света, испущенного из светоиспускающих элементов, могут быть, например, перенаправлены, чтобы стать более параллельными по отношению к поверхности, нормальной к световой поверхности ввода световода, то есть посредством коллимации. Альтернативно или возможно, световые лучи, имеющие определенные углы падения, могут быть блокированы или не допущены к входу в световод.

В одном варианте осуществления модуль выбора светового угла сконфигурирован таким образом, что максимальная величина угла по отношению к углам в первом угловом интервале больше, чем максимальная величина угла по отношению к углам во втором угловом интервале, или наоборот. Это может быть, например, достигнуто коллимированием света, испущенного из первого светоиспускающего элемента, и света, испущенного из второго светоиспускающего элемента, до разных степеней.

Соответственно, в одном варианте осуществления модуль выбора светового угла содержит по меньшей мере один коллиматор, выполненный с возможностью коллимировать свет, полученный, соответственно, из первого светоиспускающего элемента и/или из по меньшей мере второго светоиспускающего элемента, таким образом, что свет из первого светоиспускающего элемента, падающий на световую поверхность ввода, и свет из по меньшей мере второго светоиспускающего элемента, падающий на световую поверхность ввода, имеют разные степени коллимации.

При коллимировании света большая часть световых лучей внутри светового пучка, падающего на световую поверхность ввода световода, имеет меньший угол падения. Другими словами, уменьшена средняя величина углов световых лучей внутри светового пучка по отношению к поверхности, нормальной к световой поверхности ввода световода. Чем больше степень коллимации, тем меньше средняя величина угла световых лучей в световом пучке по отношению к поверхности, нормальной к световой поверхности ввода световода, и, соответственно, тем "медленнее" свет будет выведен из световода. В этом контексте под "медленным" выводом света из световода понимается, что количество света, который выведен из световода в зависимости от расстояния внутри световода от местоположения ввода света, то есть от световой поверхности ввода, относительно мало. Из-за такого "медленного" вывода света из световода свет внутри световода может проходить в световод относительно далеко, поскольку свет после того, как был введен в световод, быстро не выводится или не "просачивается" наружу из световода.

Коллиматор может коллимировать свет, полученный только из одного из светоиспускающих элементов, или, альтернативно, может коллимировать свет, полученный из обоих светоиспускающих элементов, в различной степени.

В одном варианте осуществления коллиматор содержит по меньшей мере два коллиматорных узла, при этом первый коллиматорный узел выполнен с возможностью коллимировать свет, принятый из первого светоиспускающего элемента, а второй коллиматорный узел выполнен с возможностью коллимировать свет, принятый из по меньшей мере второго светоиспускающего элемента. Первый и второй коллиматорные узлы дополнительно расположены таким образом, что свет из первого светоиспускающего элемента, падающий на световую поверхность ввода, и свет из по меньшей мере второго светоиспускающего элемента, падающий на световую поверхность ввода, имеют различные степени коллимации.

В другом варианте осуществления по меньшей мере один коллиматор выполнен с возможностью изменять степень коллимации света, полученного по меньшей мере одним коллиматором таким образом, что степень коллимации света, падающего на световую поверхность ввода, изменяется по отношению к положению падения света на по меньшей мере один коллиматор и в результате изменяется по отношению к положению падения света на световую поверхность ввода. В таком варианте осуществления для коллимации света от более чем одного светоиспускающего элемента может быть использован один коллиматор, обеспечивающий изменение в степени коллимации.

По меньшей мере что-нибудь одно из коллиматоров и коллиматорных узлов может содержать плоский коллиматор. Примеры плоских коллиматоров включают плоские коллимирующие светодиодные волноводы, описанные в патентных заявках US2011096570 А1, US20110855 А1 и US2011063855 А1. Такие плоские коллиматоры содержат по существу плоские волноводы, которые сконфигурированы с возможностью коллимировать свет. Они, например, могут быть сконфигурированы с возможностью коллимировать свет в первом направлении посредством использования отражательных поверхностей, имеющих угол коллимации, и коллимировать свет во втором направлении, которое перпендикулярно первому направлению, посредством использования рифленых поверхностей, которые по существу перпендикулярны отражательным поверхностям. Осветительное устройство в соответствии с настоящим изобретением может содержать два или более таких плоских коллиматоров, которые выпускают свет, который является коллимированным до различных степеней, например, тем, что имеют по разному наклоненные отражательные поверхности, и/или тем, что имеют рифленые поверхности, содержащие различно упорядоченные пазы. Преимущество использования таких коллиматоров заключается в том, что световод и коллиматоры могут быть сконфигурированы по существу плоскими и, кроме того, могут быть сконфигурированы так, чтобы иметь одинаковую толщину. Это может облегчить производство осветительного устройства, улучшить его характеристики обеспечением более эффективного ввода света в световод и обеспечить более эстетичный внешний вид осветительного устройства.

Альтернативно или на выбор, коллимация может быть достигнута известными в соответствующей области другими средствами и/или способами. Примеры коллимирующих устройств включают коллимирующие отражатели и рефракторы, например, линзы и дифракционные способы, такие как использование линз Френеля.

В одном варианте осуществления модуль выбора светового угла сконфигурирован таким образом, что минимальная величина угла по отношению к углам в первом угловом интервале больше, чем минимальная величина угла по отношению к углам во втором угловом интервале, или наоборот. Это может быть достигнуто, например, запрещением световым лучам в определенном интервале углов падения вводиться в световод. Запрещение световым лучам вводиться в световод может быть достигнуто, например, блокировкой светового пучка из одного из светоиспускающих элементов посредством светового блокиратора, такого как оптический блок.

Соответственно, модуль выбора светового угла может содержать по меньшей мере один световой блокиратор, выполненный с возможностью блокировки световых лучей, полученных из первого светоиспускающего элемента и/или по меньшей мере второго светоиспускающего элемента, имеющих углы падения внутри по меньшей мере одного выбранного углового интервала.

В одном примере световой блокиратор запрещает световым лучам, имеющим малый угол падения, вводиться в световод. Таким образом, только световые лучи с большим углом падения способны пройти световой блокиратор и ввестись в световод. Поскольку полученный в результате входной световой пучок содержит большую часть световых лучей с большим углом падения, он может проникнуть в световод лишь на короткое расстояние, или пройти внутри световода короткое расстояние, и может быть относительно быстро выведен из световода. Поскольку свет проходит внутри световода посредством полного внутреннего отражения, расстояние, которое свет прошел в световоде, то есть расстояние от точки или местоположения ввода света до местоположения или места, где свет выведен из световода, может быть относительно небольшим по сравнению с общим расстоянием, которое свет проходит внутри световода, прежде чем будет выведен из световода. Такой световой блокиратор, блокирующий световые лучи с малыми углами падения, таким образом, подходит для получения света, для которого требуется, чтобы он не проникал далеко в световод. В альтернативном примере используется световой блокиратор, который препятствует введению в световод световых лучей внутри интервала больших углов падения. Такой световой блокиратор, блокирующий световые лучи с большими углами, подходит для получения света, для которого требуется, чтобы он проникал в световод далеко.

Световой блокиратор может либо блокировать свет, полученный только от одного из светоиспускающих элементов, либо, альтернативно, может блокировать свет, полученный в различной степени от обоих светоиспускающих элементов.

В одном варианте осуществления световой блокиратор содержит по меньшей мере два модуля блокировки света, при этом первый модуль блокировки света выполнен с возможностью блокировки световых лучей внутри первого выбранного интервала углов падения и устроен таким образом, чтобы блокировать свет, полученный из первого светоиспускающего элемента, и при этом второй модуль блокировки света выполнен с возможностью блокировки световых лучей внутри второго выбранного интервала углов падения и устроен таким образом, чтобы блокировать свет, полученный из второго светоиспускающего элемента. Эти модули блокировки света дополнительно выполнены таким образом, что световые лучи от первого светоиспускающего элемента, падающие на световую поверхность ввода, и световые лучи от второго светоиспускающего элемента, падающие на световую поверхность ввода, находятся внутри разных интервалов углов падения.

В другом варианте осуществления по меньшей мере один световой блокиратор выполнен с возможностью изменения интервала углов падения, которые блокированы световым блокиратором, таким образом, что интервал углов падения световых лучей, падающих на световую поверхность ввода, изменяется по отношению к положению падения света на световую поверхность ввода. В таком варианте осуществления для блокировки света от более чем одного светоиспускающего элемента может быть использован один световой блокиратор, обеспечивающий изменение углового интервала световых лучей, которые блокированы.

Свет от двух или более светоиспускающих элементов световода в альтернативных вариантах исполнения может быть сконфигурирован таким образом, чтобы иметь разные интервалы углов падения, с использованием различных способов. Например, световой луч, испущенный из первого светоиспускающего элемента осветительного устройства, может быть коллимирован коллиматором, в то время как световой луч, испущенный из второго светоиспускающего элемента того же самого осветительного устройства, посредством использования светового блокиратора может быть отфильтрован от световых лучей с определенными углами.

Осветительное устройство в соответствии с настоящим изобретением может быть использовано для освещения поверхностей, таких как полки, внутренние панели, тонкие профильные знаки и постерные панели и т.д. Это осветительное устройство может быть с успехом встроено в светильник, такой как бытовой светильник, используемый для общего освещения пространства, такого как жилое помещение.

В соответствии со вторым объектом настоящего изобретения предложен светильник, содержащий осветительное устройство в соответствии с настоящим изобретением.

Дополнительные задачи и преимущества настоящего изобретения описаны в нижеследующем описании посредством иллюстративных вариантов осуществления.

Следует заметить, что настоящее изобретение относится ко всем возможным комбинациям заявленных в пунктах формулы изобретения признаков. Дополнительные признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевидными при изучении приложенных пунктов формулы изобретения и нижеследующего описания. Специалисты в данной области понимают, что различные признаки настоящего изобретения могут быть скомбинированы для создания вариантов осуществления, отличных от тех, которые описаны далее.

Краткое описание чертежей

Ниже будут описаны иллюстративные варианты осуществления настоящего изобретения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:

фиг.1а и 1b схематично изображают осветительное устройство в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг.2 схематично изображает принцип работы настоящего изобретения;

фиг.3а и 3b схематично изображают варианты осуществления осветительного устройства в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, содержащего по меньшей мере один коллиматор;

фиг.4 схематично изображает вид сбоку осветительного устройства в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, содержащего оптический блок;

фиг.5 схематично изображает вариант осуществления осветительного устройства в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, содержащего оптические блоки.

Как показано на чертежах, размеры различных элементов являются в иллюстративных целях преувеличенными и, таким образом, указаны для того, чтобы проиллюстрировать общие конструкции вариантов осуществления настоящего изобретения.

Осуществление изобретения

Теперь настоящее изобретение будет описано далее более подробно со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых показаны иллюстративные варианты осуществления настоящего изобретения. Однако настоящее изобретение может быть реализовано во многих иных формах и не должно рассматриваться как ограниченное приведенными далее вариантами осуществления, как раз наоборот, эти варианты осуществления приведены в качестве примерных, так что это описание специалистам в данной области выразит объем изобретения. Далее, по всему описанию одинаковые ссылочные позиции относятся к одним и тем же или подобным элементам или компонентам.

Фиг.1а схематично изображает осветительное устройство 1, сконфигурированное для создания выходного света 11. Это осветительное устройство 1 содержит множество светоиспускающих элементов 6а, 6b, 6с, множество модулей 7а, 7b, 7с выбора светового угла и световод 2. Модули 7а, 7b, 7с выбора светового угла установлены для того, чтобы вводить входные световые пучки 10а, 10b, 10с из светоиспускающих элементов 6а, 6b, 6с в световод 2. Световод 2 сконфигурирован с возможностью приема входных световых пучков 10а, 10b, 10с и вывода их в виде выходного света 11. Интервал углов падения входных световых пучков 10а, 10b, 10с определен модулями 7а, 7b, 7с выбора светового угла таким образом, чтобы они были разными для света от соответствующих светоиспускающих элементов 6а, 6b, 6с, введенного в световод 2. Угол падения означает угол между световым лучом, падающим на световую поверхность 3 ввода, и линией, перпендикулярной этой световой поверхности 3 ввода в точке падения светового луча, то есть поверхностью, нормальной к световой поверхности 3 ввода в точке падения светового луча. На показанном примере максимальная величина углов падения входного светового пучка 10а из первого светоиспускающего элемента 6а меньше, чем максимальная величина углов падения входных световых пучков 10b, 10с из второго и третьего светоиспускающих элементов 6а, 6b. Другими словами, средняя величина углов падения световых лучей внутри каждого входного светового пучка 10а, 10b, 10с сконфигурирована таким образом, чтобы быть другой.

Фиг.1b схематично изображает показанное на фиг.1а осветительное устройство 1 на виде сбоку, отличном от вида на фиг.1а, при этом светоиспускающие элементы указаны ссылочными поз.6, а модули выбора светового угла указаны ссылочными поз.7.

Светоиспускающие элементы 6, 6а, 6b, 6с, в принципе, могут содержать любой тип элемента, который способен порождать и испускать свет. Например, светоиспускающие элементы 6, 6а, 6b, 6с могут содержать светоизлучающие диоды - светодиоды. RGB-светодиоды с успехом используются для обеспечения динамического светового выхода из осветительного устройства 1. Множество, то есть два или более, светоиспускающих элементов 6, 6а, 6b, 6с внутри осветительного устройства 1 в соответствии с настоящим изобретением могут быть одного и того же типа или различных типов.

На фиг.1а и 1b световод 2 содержит волновод, который сконфигурирован для приема входного света 10 через световую поверхность 3 ввода или посредством ее и для вывода света через световую поверхность 4 вывода или посредством ее. В предпочтительном варианте осуществления, как показано на фиг.1а и 1b, световод 2 выполнен по существу в форме пластины, имеющей торцевые поверхности вдоль ее краев, а также верхнюю поверхность и нижнюю поверхность. Верхняя и нижняя поверхности параллельны между собой. Световая поверхность 3 ввода выполнена на по меньшей мере одной из торцевых поверхностей и является перпендикулярной верхней и нижней поверхностям. Световая поверхность 4 вывода выполнена на верхней и нижней поверхностях. Световод 2 альтернативно может быть образован различными другими способами. Например, он может иметь искривленную конфигурацию, имеющую криволинейные верхнюю и нижнюю поверхности, может иметь более стержнеобразную форму, может иметь треугольную, круговую или любую другую правильную или неправильную форму. Альтернативно, световая поверхность 4 вывода может быть выполнена либо на верхней, либо на нижней поверхности.

Световод 2 сконфигурирован с возможностью обеспечения распространения введенного в него света посредством полного внутреннего отражения. Он содержит материал, через который свет может распространяться. Этот материал, предпочтительно, является прозрачным материалом. Примеры такого материала включают в себя прозрачные акриловые материалы, такие как полиметилметакрилат (ПММА), поликарбонат, стекло и силиконовый каучук.

В волновод введены светорассеивающие и/или отражающие частицы. Эти частицы 5 обуславливают вывод света в виде выходного света 11. Светорассеивающие и/или отражающие частицы 5 перенаправляют световые пучки, которые падают на них, и могут перенаправлять по меньшей мере некоторые из этих световых пучков в направлении световой поверхности 4 вывода под углом падения, который меньше, чем критический угол падения полного внутреннего отражения, обуславливая таким образом вывод светового пучка из световой поверхности 4 вывода световода 2.

Модули 7а, 7b, 7с выбора светового угла выполнены с возможностью приема света, испущенного светоиспускающими элементами 6а, 6b, 6с. Кроме того, они сконфигурированы для испускания света таким образом, чтобы по меньшей мере часть выходного света вводилась в световую поверхность 3 ввода световода 2.

Модули 7а, 7b, 7с выбора светового угла дополнительно выполнены с возможностью выбирать или адаптировать световые лучи, испущенные из светоиспускающих элементов 6а, 6b, 6с, таким образом, чтобы в световод 2 вводились только лучи, находящиеся в определенном интервале углов падения.

Изменение интервала углов падения различных входных световых пучков 10а, 10b, 10с делает возможным регулировку вывода света из световода 2. Принцип этого схематично показан на фиг.2. Эта иллюстрация показывает два примера световых лучей 110а и 110b, исходящих из светоиспускающих элементов 6а, 6b. Поскольку световая поверхность 3 ввода является по существу плоской поверхностью, то поверхность, нормальная в каждой точке к поверхности ввода, - приблизительно одна и та же. Пример поверхности, нормальной к поверхности 3 ввода, показан пунктирными линиями. Световой луч 110а введен в световод 2 под небольшим углом α_а относительно нормали к поверхности, то есть под небольшим углом падения. Световой луч 110b введен в световод 2 под большим углом падения α_b. Световые лучи 110а и 110b проходят внутри световода вследствие полного внутреннего отражения. В случае, изображенном на фиг.2, общее расстояние, которое оба луча 110а и 110b прошли внутри световода, по существу одно и то же. Однако световой луч 110а прошел гораздо дальше в световод 2, чем световой луч 110b. Этот световой луч 110b с большим углом падения α_b, чем угол падения α_а светового луча 110а, делает большее количество отражений внутри световода 2, и поэтому не распространяется в световоде 2 так же далеко, как и световой луч 110а, хотя в случае, изображенном на фиг.2, эти световые лучи 110а и 110b прошли внутри световода по существу одно и то же расстояние.

Количество света, которое выведено из световода 2, является функцией расстояния прохождения или распространения в световоде 2. Поэтому световой луч 110b с большим углом падения α_b будет выведен из световода 2 быстрее, чем световые лучи 110а с меньшим углом падения α_а. Световые лучи 110а с меньшим углом падения α_а будут выведены более "медленно" и, таким образом, будут в состоянии проникнуть дальше в световод 2, прежде чем будут выведены. Соответственно, световые лучи, имеющие относительно большее количество световых лучей с большим углом падения α, будут выведены из световода 2 "быстрее", чем световые лучи 110а, имеющие относительно большее количество световых лучей с меньшим углом падения α.

Одним из способов регулирования интервала углов падения светового луча является использование коллиматора. На фиг.1а входной световой пучок 10а, испущенный из светоиспускающего элемента 6а, коллимируется в большей степени, чем входной световой пучок 10с, испущенный из светоиспускающего элемента 6с. Чем больше коллимирован свет, тем больше в нем относительного количества световых лучей, имеющих малые углы падения α. Соответственно, более коллимированный свет будет в большей степени проникать в световод, чем менее коллимированный свет. Как проиллюстрировано на фиг.1, входной световой пучок 10а, испущенный из светоиспускающего элемента 6а, таким образом, проникнет в световод 2 дальше, чем входной световой пучок 10с, испущенный из светоиспускающего элемента 6с. Входной световой пучок 10а, кроме того, будет выведен из световода 2 более "медленно", чем входной световой пучок 10b, и, таким образом, будет менее интенсивным. Для того чтобы компенсировать это, интенсивность более коллимированного светового пучка 10а может быть увеличена. Коллимация света позволяет также производить увеличение интенсивности входного светового пучка 10 с меньшим риском получения ярких световых пятен, появляющихся на стороне ввода света световода.

Изменением коллимации входного светового пучка 10, таким образом, можно регулировать расстояние, которое свет проходит в световоде 2 от поверхности 3 ввода света, прежде чем он будет выведен. Другими словами, степень коллимации может быть использована для изменения расстояния, которое свет проходит внутри световода 2. Чем больше коллимирован свет, тем дальше он пройдет по световоду 2 и тем "медленнее" будет выведен из поверхности 4 вывода света. Другими словами, чем больше коллимирован свет, тем дальше он пройдет внутри световода 2 и тем меньше выходная эффективность света. Это может быть использовано, например, для достижения равномерного светового выхода из световода, имеющего такую форму, в которой длина пути или расстояние проникновения для света от поверхности 3 ввода света изменяется. Фиг.1 показывает такое осветительное устройство 1 со световодом 2, которое является треугольным. Расстояние, которое на фиг.1 условно обозначено L₁, которое свет должен пройти, чтобы быть выведенным после прохождения существу полной длины световода 2, является более длинным для входного светового пучка 10а, испущенного из светоиспускающего элемента 6а у основания треугольника, чем для входных световых пучков 10b и 10с, испущенных из светоиспускающих элементов 6b и 6с, соответственно, в середине и у вершины треугольника. Конфигурированием входного светового пучка 10а таким образом, чтобы он был наиболее коллимированным, входного светового пучка 10b, чтобы он был менее коллимированным, и входного светового пучка 10с, чтобы он был наименее коллимированным, свет у наибольшей стороны треугольника (обозначенной L₁) пройдет дальше в световод 2, чем свет в середине (обозначено L₂) и у вершины (обозначено L₃) треугольника. Вследствие коллимации свет будет равномерно испускаться по всей длине L в трех местах треугольника, включая длинное основание. Тем самым достигнут равномерный выходной свет 11. Меньшая степень светового вывода для более коллимированного света может быть компенсирована увеличением на соответствующую величину интенсивности входного светового пучка 10. Таким образом, дальнейшим конфигурированием входного светового пучка 10а, так, чтобы он был более интенсивным, входного светового пучка 10b, чтобы он был менее интенсивным, и входного светового пучка 10с, чтобы он был менее интенсивным, выходной свет 11 может быть сделан еще более равномерным.

Специалист в данной области поймет, что равномерное выходное свечение световода 2 треугольной или иной неправильной формы может быть соответствующим образом организовано посредством использования модулей световой селекции другого типа, таких как описанные далее модули 8 блокировки света.

Фиг.3а показывает схематичный вариант осуществления осветительного устройства 1 в соответствии с настоящим изобретением, которое содержит два светоиспускающих элемента 6а, 6b и световод 2. Этот световод 2 содержит светорассеивающие и/или отражающие частицы 5 и выполнен с возможностью принимать входной свет 10 от светоиспускающих элементов 6а, 6b через световую поверхность 3 ввода или посредством ее. Световое устройство 1 дополнительно содержит два коллиматора 7а, 7b, которые выполнены с возможностью коллимации входных световых пучков 10а, 10b от соответствующих светоиспускающих элементов 6а, 6b, прежде чем свет будет введен в световод 2 через световую поверхность 3 ввода. Коллиматоры 7а, 7b отражают свет от светоиспускающих элементов 6а, 6b таким образом, что он становится более параллельным поверхности, нормальной к световой поверхности 3 ввода, то есть, таким образом, что он становится более коллимированным в направлении, которое по существу перпендикулярно поверхности, нормальной к световой поверхности 3 ввода. Тем самым средний угол падения α их световых лучей уменьшается. Коллиматор 7а выполнен с возможностью коллимации света в большей степени, чем коллиматор 7b посредством перенаправления света в направлении поверхности, нормальной в большей степени.

Фиг.3b показывает подобный же вариант осуществления, в котором используется один коллиматор 7 для обеспечения различной коллимации света, испущенного от светоиспускающих элементов 6а, 6b. Этот один коллиматор 7b по разному перенаправляет входные световые пучки 10а, 10b от двух светоиспускающих элементов 6а, 6b посредством плавного изменения угла перенаправления. Тем самым достигается плавное изменение в степени коллимации при переходе от входного светового пучка 10b, испущенного светоиспускающим элементом 6b, к входному световому пучку 10а, испущенному светоиспускающим элементом 6а.

Следует понимать, что в осветительном устройстве 1 по настоящему изобретению может быть использовано большее количество светоиспускающих элементов 6 и/или коллиматоров 7, чем показано на фиг.3а и 3b, Следует понимать также, что степень коллимации не обязательно постепенно увеличивать или уменьшать вдоль световой поверхности 3 ввода световода 2. Когда световод 2 имеет неправильную форму, или если есть другая причина для того, чтобы требовать различного светового выхода вдоль световода 2, тогда вдоль световода 2 могут быть расположены, соответственно, один или большее количество коллиматоров 7, обеспечивающих различную степень коллимации. Это также действительно для вариантов осуществления, в которых различные степени коллимации обеспечиваются посредством других элементов регулировки коллимации, а не коллиматорами, такими как отражатели, рефракторы, оптические блоки или способами дифракции, такими как с линзами Френеля.

Изменение интервала угла падения для входных световых пучков 10 от разных светоиспускающих элементов 6 в альтернативном варианте осуществления может быть достигнуто предотвращением ввода в световод света, идущего под некоторыми углами падения α, например, посредством светового блокиратора, такого как оптический блок. Фиг.4 показывает пример, в котором перед светоиспускающим элементом 6 помещен модуль выбора светового угла в виде модуля 8 блокировки света. Этот модуль 8 блокировки света препятствует вводу в световод световых лучей внутри интервала малых углов падения α. Только лучи с большим углом падения α могут пройти модуль 8 блокировки света и, таким образом, могут быть введены в световод 2. Поскольку результирующий входной световой пучок 10 содержит большую часть световых лучей с большим углом падения α, он пройдет в световод 2 на короткое расстояние. Таким образом, такой модуль 8 блокировки света подходит для обеспечения света с более низкой степенью коллимации, для света, для которого не требуется глубокое проникновение в световод 2.

Для того чтобы достичь разных интервалов углов падения для света, испущенного из двух или более светоиспускающих элементов 6, один модуль 8 блокировки света может быть использован таким образом, чтобы был блокирован свет лишь от одного из светоиспускающих элементов 6, но не от другого. Как показано на фиг.5, альтернативно, могут быть использованы два или более модулей 8 блокировки света или один модуль 8 блокировки света для каждого светоиспускающего элемента. В этом случае оптические блоки 8 устанавливают таким образом, чтобы соответствующие модули 8 блокировки света блокировали световые лучи различных интервалов углов падения α, например, будучи разными по размерам. В другом варианте осуществления один модуль 8 блокировки света может быть использован, чтобы по разному блокировать свет от разных светоиспускающих элементов 6. Такой один модуль 8 блокировки света может быть сконфигурирован таким образом, чтобы обеспечивать переменную степень блокировки, например, имея постепенное изменение размеров, так чтобы световые лучи интервала больших углов падения были бы блокированы на первом конце модуля 8 блокировки света, а интервал меньших углов падения был бы блокирован на втором конце модуля 8 блокировки света.

В заключение - раскрыто осветительное устройство, содержащее световод с введенными светорассеивающими и/или отражающими частицами, первый светоиспускающий элемент и второй светоиспускающий элемент. Осветительное устройство сконфигурировано таким образом, что для световых лучей, испущенных первым светоиспускающим элементом, углы падения световых лучей, введенных в световод, находятся внутри первого углового интервала, и таким образом, что для световых лучей, испущенных вторым светоиспускающим элементом, углы падения световых лучей, введенных в световод, находятся внутри второго углового интервала, при этом первый угловой интервал и второй угловой интервал различны. Обеспечено осветительное устройство, в котором количество света, который выведен из световода, в выбранном месте может быть адаптировано в соответствии с требуемым, например, для того, чтобы дать равномерное освещение.

Хотя настоящее изобретение было подробно проиллюстрировано и описано в приложенных чертежах и в вышеприведенном описании, такая иллюстрация и описание должны рассматриваться как иллюстративные или примерные, а не ограничивающие: настоящее изобретение не сводится к раскрытым вариантам осуществления. Специалистами в данной области, имеющими практическое отношение к заявленному изобретению, в результате изучения чертежей, описания и приложенных пунктов формулы изобретения могут быть придуманы и введены другие изменения в раскрытые варианты осуществления. Тот простой факт, что некоторые критерии упоминаются во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что для получения положительного эффекта не может быть использована комбинация этих критериев. Любые ссылочные позиции в пунктах формулы изобретения не должны истолковываться как ограничивающие ее объем.

Реферат

Изобретение относится к области светотехники. Техническим результатом является обеспечение равномерности освещения. Осветительное устройство (1) содержит световод (2) с введенными светорассеивающими и/или светоотражающими частицами (5), первый светоиспускающий элемент (6а) и второй светоиспускающий элемент (6b). Осветительное устройство выполнено таким образом, что для световых лучей, испущенных первым светоиспускающим элементом (6а), углы падения световых лучей, введенных в световод (2), находятся внутри первого углового интервала, и таким образом, что для световых лучей, испущенных вторым светоиспускающим элементом (6b), углы падения световых лучей, введенных в световод (2), находятся внутри второго углового интервала, при этом первый угловой интервал и второй угловой интервал различны. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

Формула