Изобретение относится к светотехнике, в частности к энергосберегающим осветительным устройствам, созданным на основе мощных светодиодов с большим сроком эксплуатации. Оно может быть использовано для создания осветителей без ослепляющего действия для освещения помещений, таких как жилые комнаты, офисные помещения, подъездные площадки, а также для уличного освещения и освещения автотрасс.

Известен светильник светодиодный (Полезная модель RU 1 10816 U1), содержащий корпус из теплопроводного материала, расположенный в корпусе по крайней мере один источник света, выполненный из одного или группы светодиодов, две крышки, установленные на торцах корпуса, лицевую панель с, по крайней мере, одним расположенным напротив источника света прозрачным оптическим элементом, формирующим световой поток светильника, и источник питания, отличающийся тем, что, по крайней мере, на одной наружной поверхности корпуса выполнены продольные ребра, светодиоды расположены на, по крайней мере, одной печатной плате, установленной на внутренней поверхности корпуса с возможностью эффективного теплопереноса, оптический элемент образован защитным стеклом, имеющим локальные и/или регулярные изменения кривизны, и/или толщины, и/или оптических свойств, на крышках выполнены ребра, повторяющие форму ребер корпуса, светильник снабжен дополнительным корпусом, а источник питания размещен в дополнительном корпусе. Для устранения ослепляющего действия в указанном устройстве предлагается выполнять оптический элемент в виде линзы Френеля; или выполнять на поверхности стекла оптического элемента микропризмы; или выполнять на стекле оптического элемента групповые линзы на все или часть светодиодов; или выполнять на стекле оптического элемента линзы или группы линз, расположенные над каждым или частью светодиодов. Очевидным недостатком конструкции является сложность в производстве, связанная со сложностью изготовления упомянутых оптических элементов (линзы Френеля, микропризмы, групповые линзы, линзы и группы линз расположенных над каждым или частью светодиодов).

Известен светильник с отражателями (МПК F21S8/10 (2006.01), RU 2401395 С1), содержащий корпус с платой, на которой установлены три ряда светодиодных ламп, блок питания, расположенный в корпусе, и имеющий пластины-отражатели с высокой отражательной способностью, установленные за первым рядом под углом 60° к плоскости платы, за вторым рядом - под углом 45° к плоскости платы и за третьим рядом - под углом 90° к плоскости платы. Такой светильник обладает сниженным слепящим действием, когда он располагается относительно на большом расстоянии от освещаемой точки, т. е. когда он используется для освещения открытых пространств, подъездных путей автотранспорта, на карьерах, причалах и т. п. Недостатком данного устройства является невозможность его использования внутри помещений из-за высокого слепящего действия, так как применение отражательных пластин не оказывает влияния на яркость свето диодов в определённых направлениях.

Известна лампа автомобиля (US20050073229 А1), содержащая устройства для распределения света, производящее параллельный световой поток, который затем выводиться из лампы посредством множества частично пропускающих пластинок, расположенных под углом к проходящему сквозь них свету. При этом частично пропускающие пластины могут располагаться под различными углами к падающему излучению, что позволяет менять диаграмму направленности излучения. На каждой пластине отражается лишь часть светового потока, что существенно уменьшает ослепляющее действие источника света. Недостатком является то, что световой поток источника распределяется по выходному окну неравномерно, кроме того в этом патенте из всевозможных вариантов расположения пластин не приведён ни оптимальный закон, ни общая закономерность их расположения относительно друг друга, которые бы обеспечивали наиболее равномерное распределение светового потока и освещение во всех направлениях.

Наиболее близкой конструкцией, принятой качестве прототипа, является светодиодный светильник (F21V7/00 (2006.01), RU 2543513 С1), содержащий блок питания; корпус; крышку-рассеиватель; пластины отражатели; плату; светодиоды; торцевую и лицевую отражающие пластины с высоким коэффициентом отражения света. При этом полупрозрачные пластины расположены под такими углами, что благодаря законам отражения Френеля на каждой последующей пластине отражается точно такое же количество света, что и на предьщущей. Таким образом, излучение свето диодов равномерно распределяется по крышке-рассеивателю и ослепляющее действие устраняется наиболее эффективно. Недостатком данного светильника является то, что для получения равномерного распределения интенсивности по крышке-рассеивателю требуется чтобы угол падения света на каждую последующую пластину, если отсчитывать от светодиодов, был больше предыдущего. Это приводит к тому, что такой светильник не обеспечивает равномерного освещения во всех направлениях. Техническим результатом изобретения является устранение ослепляющего действия светодиодов и обеспечение равномерного освещения.

Технический результат достигается в светодиодном светильнике, содержащем корпус, светодиоды, крышку-рассеиватель, отражающие пластины, установленные таким образом, что, по крайней мере, часть отражающих пластин имеют поверхности, обращенные к светодиодам, не заслоненные от излучения светодиодов отражающими пластинами (иначе, не перекрытые отражающими пластинами), расположенными ближе к светодиодам, по ходу распространения светового потока от светодиодов. Светодиоды устанавливается на плате, перпендикулярной к фронтальной плоскости проекции корпуса и наклонной к крышке-рассеивателю, причем центральные лучи светодиодов обращены в сторону лицевой отражающей пластины. Лицевая отражающая пластина, установленная между пластинами отражателями и корпусом, имеет дугообразный отражающий профиль. Отражающие пластины выполнены в виде пластин с кривыми отражающими поверхностями. Отражающие пластины имеют различную по сечению толщину. Отражающие пластины примыкают к крышке-рассеивателю. Отражающие пластины и крышка-рассеиватель выполнены в виде единой детали. Содержит торцевую отражающую пластину и лицевую отражающую пластину, выполненные в виде единой детали. Для электропитания используется внешнее устройство.

Фиг. 1 показывает пример светодиодного светильника, снабжённого пятью пластинами-отражателями, выполненными в виде оптически прозрачных пластин, примыкающих к крышке-рассеивателю, и ход светового излучения, отражающегося от первой пластины-отражателя к крышке-рассеивателю: 1 - блок питания; 2 - корпус; 3 - лицевая отражающая пластина, 4 - плата, 5 - светодиоды, 6 - крышка-рассеиватель; 7-1 , 7-2, ... 7-5 - пластины-отражатели; 8 - торцевая отражающая пластина; γι, γ ₂ , γ ₃ , у А, у 5 - углы между крышкой-рассеивателем и первой, второй, пятой пластинами- отражателями, соответственно, отсчитываемыми от светодиодов, Θ - угол между крыщкой-рассеивателем и торцевой отражающей пластиной.

Фиг. 2 показывает пример светодиодного светильника, снабжённого пятью пластинами-отражателями, выполненными в виде оптически прозрачных пластин, примыкающих к крышке-рассеивателю, и ход светового излучения, отражающегося от второй пластины-отражателя к крышке-рассеивателю: 1 - блок питания; 2 - корпус; 3 - лицевая отражающая пластина, 4 - плата, 5 - светодиоды, 6 - крышка-рассеиватель; 7-1 , 7-2, ... 7-5 - пластины-отражатели; 8 - торцевая отражающая пластина; у γ ₂ , уз, 74, У 5 - углы между крышкой-рассеивателем и первой, второй, пятой пластинами- отражателями, соответственно, отсчитываемыми от светодиодов, Θ - угол между крыщкой-рассеивателем и торцевой отражающей пластиной.

Фиг. 3 показывает пример светодиодного светильника, снабжённого пятью пластинами-отражателями, выполненными в виде оптически прозрачных пластин, примыкающих к крышке-рассеивателю, и ход серединных лучей отражающихся от пластин-отражателей торцевой отражающей пластины к крышке-рассеивателю: 1 - блок питания; 2 - корпус; 3 -лицевая отражающая пластина, 4 - плата, 5 - светодиоды, 6 - крышка-рассеиватель; 7-1, 7-2, ... 7-5 - пластины-отражатели; 8 - торцевая отражающая пластина; γ _1? γ ₂ , γ ₃ , γ ₄ , γ ₅ - углы между крышкой-рассеивателем и первой, второй, пятой пластинами-отражателями, соответственно, отсчитываемыми от светодиодов, Θ - угол между крыщкой-рассеивателем и торцевой отражающей пластиной.

Фиг. 4 показывает пример светодиодного светильника, снабжённого пятью пластинами-отражателями, выполненными в виде оптически прозрачных пластин, примыкающих к крышке-рассеивателю, с платой, расположенной под углом к крышке- рассеивателю: 1 - блок питания; 2 - корпус; 3 -лицевая отражающая пластина, 4 - плата, 5 - светодиоды, 6 - крышка-рассеиватель; 7-1, 7-2, ... 7-5 - пластины-отражатели; 8 - торцевая отражающая пластина; γι, γ ₂ , γ ₃ , γ ₄ , γ ₅ - углы между крышкой-рассеивателем и первой, второй, пятой пластинами-отражателями, соответственно, отсчитываемыми от светодиодов, β - угол между крышкой-рассеивателем и платой со светодиодами, Θ - угол между крыщкой-рассеивателем и торцевой отражающей пластиной.

Фиг. 5 показывает пример светодиодного светильника, снабжённого пятью пластинами-отражателями, выполненными в виде оптически прозрачных пластин, примыкающих к крышке-рассеивателю и ход периферийных лучей, отражающихся от лицевой отражающей пластины с дугообразным отражающим профилем: 1 - блок питания; 2 - корпус; 3 -лицевая отражающая пластина, 4 - плата, 5 - светодиоды, 6 - крышка-рассеиватель; 7-1, 7-2, ... 7-5 - пластины-отражатели; 8 - торцевая отражающая пластина; γι, γ ₂ , γ ₃ , γ ₄ , γ ₅ - углы между крышкой-рассеивателем и первой, второй, пятой пластинами-отражателями, соответственно, отсчитываемыми от светодиодов, Θ - угол между крыщкой-рассеивателем и торцевой отражающей пластиной.

Фиг. 6 показывает пример светодиодного светильника, снабжённого пятью пластинами-отражателями, выполненными в виде оптически прозрачных пластин с кривыми отражающими поверхностями, примыкающих к крышке-рассеивателю: 1 - блок питания; 2 - корпус; 3 -лицевая отражающая пластина, 4 - плата, 5 - светодиоды, 6 - крышка-рассеиватель; 7-1 , 7-2, ... 7-5 - пластины-отражатели; 8 - торцевая отражающая пластина; γι, γ ₂ , γ ₃ , γ ₄ , γ ₅ - углы между крышкой-рассеивателем и первой, второй, пятой пластинами-отражателями, соответственно, отсчитываемыми от светодиодов, Θ - угол между крышкой-рассеивателем и торцевой отражающей пластиной.

Фиг. 7 показывает пример светодиодного светильника, снабжённого пятью пластинами-отражателями с неодинаковой по сечению толщиной, вьшолненными в виде оптически прозрачных пластин, примыкающих к крышке-рассеивателю: 1 - блок питания; 2 - корпус; 3 -лицевая отражающая пластина, 4 - плата, 5 - светодиоды, 6 - крышка-рассеиватель; 7-1 , 7-2, ... 7-5 - пластины-отражатели; 8 - торцевая отражающая пластина; у\, γ ₂ , γ ₃ , γ ₄ , γ ₅ - углы между крышкой-рассеивателем и первой, второй, пятой пластинами-отражателями, соответственно, отсчитываемыми от светодиодов, Θ - угол между крышкой-рассеивателем и торцевой отражающей пластиной.

Фиг. 8 показывает пример светодиодного светильника, снабжённого пятью пластинами-отражателями, выполненными в виде единой детали с крышкой- рассеивателем: 1 - блок питания; 2 - корпус; 3 -лицевая отражающая пластина, 4 - плата, 5 - светодиоды, 6 - крышка-рассеиватель; 7-1, 7-2, ... 7-5 - пластины-отражатели; 8 - торцевая отражающая пластина; γ _1? γ ₂ , γ ₃ , γ ₄ , γ ₅ - углы между крышкой-рассеивателем и первой, второй, пятой пластинами-отражателями, соответственно, отсчитываемыми от светодиодов, Θ - угол между крыщкой-рассеивателем и торцевой отражающей пластиной.

Светодиодный светильник включает блок питания 1, корпус 2, лицевую отражающую пластину 3, плату 4, светодиоды 5, крышку-рассеиватель 6, отражающие пластины 7 (пластины-отражатели 7), имеющие различные площади проекций отражающих поверхностей на плоскость одновременно перпендикулярную плоскости крышки-рассеивателя и фронтальной плоскости проекции корпуса, торцевую отражающую пластину 8.

Отражающие пластины 7 установлены таким образом, что, по крайней мере, часть отражающих пластин 7 имеют поверхности, не заслоненные от излучения светодиодов отражающими пластинами (не перекрытые отражающими пластинами 7), расположенными ближе к светодиодам 5, по ходу распространения светового потока от светодиодов 5. Ниже описаны некоторые из возможных вариантов реализации этого принципа, связанные с использованием отражающих пластин 7 разного размера. Например, отражающие пластины (далее используется также термин «пластины- отражатели») могут иметь различные площади проекций отражающих поверхностей на плоскость, одновременно перпендикулярную плоскости крышки-рассеивателя 6 и фронтальной плоскости проекции корпуса 2, удовлетворяющие условию Si < S ₂ < S ₃ < ... < S _n- i < S _n , где Si, S ₂ , S3, S _n - _b S _n - площади первой, второй, третьей, ..., η-1-ой и η-ой проекций отражающих поверхностей пластин-отражателей 7, отсчитываемых от платы со свето диодами, причём пластины-отражатели примыкают к крышке-рассеивателю. Плата 4 со светодиодами 5 может устанавливаться перпендикулярно к фронтальной плоскости проекции корпуса 2 и наклонно к крышке-рассеивателю, причем центральные лучи свето диодов 5 обращены в сторону лицевой отражающей пластины 3.

Кроме того, тот же результат может достигаться при различном положении последовательности отражающих пластин 7 в корпусе 1.

Светодиоды 5 устанавливается на плате 4, перпендикулярной к фронтальной плоскости проекции корпуса и наклонной к крышке-рассеивателю 6, причем центральные лучи свето диодов обращены в сторону лицевой отражающей пластины 3. Лицевая отражающая пластина 3, установленная между пластинами отражателями 7 и корпусом 2, может иметь дугообразный отражающий профиль.

Отражающие пластины могут быть выполнены в виде пластин с кривыми отражающими поверхностями. Отражающие пластины могут иметь различную по сечению толщину. Отражающие пластины могут примыкать к крышке-рассеивателю. Отражающие пластины и крышка-рассеиватель могут быть выполнены в виде единой детали. Для электропитания используется внешнее устройство.

Светодиодный светильник работает следующим образом. При включении блока питания включаются светодиоды, расположенные на плате. Они начинают излучать свет.

Для понимания работы светильника необходимо нужно знать следующее. Ослепляющее действие источника света определяется его яркостью. Чем больше яркость, тем выше эффект ослепления. Яркость - это световой поток, посылаемый единицей площади видимой поверхности в данном направлении в единичный телесный угол. Следовательно, при заданной мощности источника света его яркость обратно пропорциональна площади излучающей поверхности. Таким образом устранить ослепляющее действие источника света можно увеличив видимую для наблюдателя площадь излучающей поверхности. Видимой излучающей поверхностью светильника для наблюдателя в данном случае будет являться крышка-рассеиватель. Следовательно для устранения ослепляющего действия необходимо равномерно распределить световой поток от светодиодов по крышке-рассеивателю. В данном изобретении эта задача решается с помощью пластин-отражателей, которые также создают необходимую диаграмму направленности освещения всего светильника. Поэтому каждая пластина- отражатель располагается под таким углом, чтобы направлять на определённый участок крышки-рассеивателя определённое количество светового потока под определённым углом.

Пусть количество пластин-отражателей п. Каждая из п пластин-отражателей должна отражать одинаковое количество светового потока Ф ₀ , которое определяется количеством пластин-отражателей.

Поскольку расстояние от светодиодов до любой пластины-отражателя сравнимо с геометрическими размерами самой пластины отражателя, вследствие чего лучи падающие в различные точки будут падать под различными углами, то пластины- отражатели в каждой точке будут иметь различные коэффициенты отражения. Кроме того интенсивность каждого луча в каждой точке пластины-отражателя также будет различаться. Поэтому для объяснения работы светодиодного светильника по данному изобретению будет удобно использовать усреднённые величины.

Известно, что полный световой поток, падающий на первую пластину-отражатель равен i=Ii *S где I] - усреднённая плотность светового потока (интенсивность света) падающая на первую пластину-отражатель, St - площадь проекции отражающей поверхности первой пластины-отражателя на плоскость перпендикулярную плоскости крышки-рассеивателя и фронтальной плоскости проекции корпуса, определяемая по формуле Si=si *sin(yi), где si - площадь отражающей поверхности первой пластины- отражателя, γι - угол между первой пластиной-отражателем и крышкой-рассеивателем (Фиг. 1). Пусть Г! - усреднённый коэффициент отражения света от первой пластины- отражателя с учетом отражения от двух границ сред для данного угла γι . Так как световой поток, отражённый от первой пластины-отражателя, должен быть равен Фо, то ri *Ii *S ₁ =Oo- Поскольку т _\ определяется углом расположения пластины -отражателя γι относительно крышки-рассеивателя, который в свою очередь зависит от задаваемого направления отражения света, a Ιι определяется расстоянием от пластины-отражателя до светодиодов, то для отражения от первой пластины-отражателя светового потока Ф ₀ требуется определенная площадь проекции отражающей поверхности Sj . На второй пластине-отражателе должно отражаться такое же количество светового потока Ф ₀ . При этом вследствие расходимости излучения на вторую пластину-отражатель будет падать свет с меньшей интенсивностью I ₂ < Ij, поскольку вторая пластина-отражатель расположена дальше от свето диодов. Кроме этого световой поток частично ослаблен первой пластиной-отражателем. Усредненный коэффициент отражения от второй пластины г ₂ предопределён ориентацией второй пластины-отражателя. Для компенсации уменьшения интенсивности 1 ₂ вторая пластина-отражатель должна обладать большей площадью проекции отражающей поверхности S ₂ . Отражение излучения от второй пластины-отражателя показано на Фиг. 2. Аналогично третья пластина-отражатель должна будет обладать площадью проекции отражающей поверхности S ₃ > S ₂ , а четвёртая пластина площадью S ₄ > S ₃ и так далее. Благодаря тому, что чем дальше от светодиодов будет пластина-отражатель, тем больше будет площадь проекции её отражающей поверхности, свет от светодиодов будет равными частями отражаться от пластин-отражателей. Стоит отметить, что условие S _n > S _n- i для пластин-отражателей может не соблюдаться, например при изготовлении разных пластин-отражателей из разных материалов. За последней пластиной-отражателем устанавливается торцевая отражающая пластина с высоким коэффициентом отражения, которая отражает остатки излучения светодиодов. Изменением угла между торцевой отражающей пластиной и крышкой-рассеивателем Θ, отражённое от торцевой отражающей пластины излучение может быть направлено в требуемом направлении. Для равномерности распределения излучения по крышке-рассеивателю необходимо устанавливать пластины-отражатели так, чтобы серединные лучи отражённого излучения падали на крышку-рассеиватель на примерно одинаковом расстоянии D друг от друга, с точностью достаточной для неразличимости расстояний D большинству пользователей, при этом точность одинаковости расстояний D может варьироваться в зависимости от дистанции между светильником и пользователем, в соответствии утверждёнными нормами и правилами искусственного освещения для того или иного освещаемого объекта (Фиг. 3), где под серединным лучом подразумевается луч, распространяющийся в плоскости фронтальной проекции корпуса и отражающиеся от точки, расположенной на середине отрезка, получающегося в результате пересечения плоскости падения луча и отражающей поверхности. Крышка-рассеиватель обладает матовой поверхностью и предназначена для рассеяния и деполяризации излучения, что дополнительно уменьшает ослепляющее действие светильника. Таким образом, излучение светодиодов будет равными частями распределено между всеми пластинами-отражателями и торцевой отражающей пластиной, в результате чего яркость светильника уменьшиться, по меньшей мере, в п+1 раз и ослепляющее действие будет устранено, при этом общий световой поток светильника практически не уменьшиться.

Описанный выше принцип будет применим для пластин-отражателей любой формы, однако наиболее технологичным в производстве и простым для теоретических расчётов будет использование прямоугольных пластин отражателей, примыкающих к крышке-отражателю .

Пластины-отражатели в светодиодном светильнике по данному изобретению в зависимости от габаритов светильника, типа и характеристик светодиодов и т.д. могут располагаться под различными углами γ в диапазоне 0 < γ < 90°.

Распределение светового потока излучения каждого светодиода в пространстве определяется его диаграммой направленности, т. е. плотность светового потока в различных направлениях излучения светодиодов будет различаться. Как правило, центральный луч светодиода имеет большую плотность потока, чем периферийные. Так как I] > 1 _п , то для уменьшения разницы Ii - I _n плату со свето диодами можно располагать под углом β к корпусу так, чтобы луч с максимальной плотностью светового потока бьш направлен на пластины-отражатели, расположенные вблизи торцевой отражающей пластины, минуя ближние пластины-отражатели (Фиг. 4). Благодаря этому на ближние к светодиодам пластины отражатели будет падать излучение с меньшей плотностью потока, что дополнительно увеличивает равномерность освещения на крышке- рассеивателя, уменьшая ослепляющее действие светильника.

Лицевая отражающая пластина служит для отражения излучения, попадающего на внутреннюю поверхность корпуса. Её дугообразный отражающий профиль обеспечивает переотражение периферийных лучей светодиодов на пластины-отражатели, расположенные вблизи торцевой отражающей пластины (см. Фиг. 5). Для упрощения конструкции и удешевления производства лицевая отражающая пластина может быть выполнена в виде единой детали с торцевой отражающей пластиной.

Для увеличения расходимости отраженного от пластин-отражателей излучения пластины-отражатели могут иметь кривые отражающие поверхности или неодинаковую толщину по сечению. Примеры выполнения светильников с пластинами отражателями, имеющими кривые поверхности и неодинаковую толщину по сечению показаны на Фиг 6 и Фиг 7, соответственно.

В светодиодном светильнике по данному изобретению количество светодиодов может составлять от одного до нескольких десятков и более. Они могут располагаться в один или несколько рядов. Свето диоды на плате также могут располагаться не упоряд оченно. Пластины-отражатели могут быть выполнены из оптического материала с отражающим покрытием, обеспечивающим необходимые коэффициенты отражения. В случае выполнения пластин-отражателей в виде оптически прозрачных пластин они могут быть изготовлены из любого прозрачного для видимого света материала, например, из стекла или поликарбоната. Для упрощения конструкции пластины- отражатели и крышка-рассеиватель могут изготавливаться в виде одной детали (Фиг. 8), например, методом экструзии.

Следует добавить, что выполнение пластин-отражателей имеющих различные площади проекций отражающих поверхностей, удовлетворяющие условию Si < S ₂ S ₃ < ... < S _n- i < S _n , позволяет уменьшить вес светильника и сэкономить на материале, тем самым уменьшив его стоимость.