PL B1. POLITECHNIKA WROCŁAWSKA, Wrocław, PL BUP 19/11

Transkrypt

1 PL B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (51) Int.Cl. F21S 8/00 ( ) F21V 5/08 ( ) F21W 131/103 ( ) (54) Soczewkowy układ optyczny dla lampy LED, zwłaszcza drogowej (73) Uprawniony z patentu: POLITECHNIKA WROCŁAWSKA, Wrocław, PL (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 19/11 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 06/14 (72) Twórca(y) wynalazku: JACEK REINER, Wrocław, PL MARIUSZ MRZYGŁÓD, Wrocław, PL WOJCIECH CIESZYŃSKI, Czarnków, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Regina Kozłowska

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest soczewkowy układ optyczny dla lamp/ LED, zwłaszcza drogowej, kształtujący strumień świetlny lamp, przeznaczonych do oświetlania powierzchni użytkowych i dekoracyjnych, a w szczególności nawierzchni drogowych. Świetlówka compact LED znana z polskiego zgłoszenia patentowego nr , składa się z następujących elementów: rury z tworzywa sztucznego przezroczystego lub szkła, zamkniętej obustronnie okrągłymi pokrywkami zapewniającymi hermetyczność urządzenia, z wklejonymi bolcami kontaktowymi, z umieszczoną wewnątrz rury płytką drukowaną z wlutowanymi diodami LED z zasilaczem elektrycznym. Urządzenie oświetleniowe z matrycą o wielu diodach LED znane z polskiego zgłoszenia patentowego nr , ma na płaszczyźnie urządzenia oświetlającego, zamocowaną płytkę rozpraszającą światło, o dobranym kształcie zewnętrznym lub na płaszczyźnie, zamocowany jest element rozpraszający światło, korzystnie w kształcie cylindrycznym. Natomiast na drugiej płaszczyźnie obudowy zewnętrznej zamontowana jest płytka montażowa posadowiona na elementach dystansowych, połączonych z obudową zewnętrzną urządzenia oświetlającego. Zwielokrotnione diody świecące LED zamocowane są prostopadle do powierzchni płytki montażowej, przy czym diody świecące LED posadowione są w rzędach, a osie wzdłużne, poszczególnych diod świecących LED usytuowane są równolegle do siebie lub są przesunięte. Na powierzchni płytki montażowej posadowiony jest zintegrowany zasilacz elektryczny lub niskonapięciowy zasilacz elektryczny wyposażony w elementy elektroniczne. Sposób kształtowania wiązki światła lampy pojazdu drogowego oraz układ optyczny reflektora samochodowego znany jest z polskiego zgłoszenia patentowego nr Sposób polega na tym, że wiązkę świetlną wychodzącą z jej źródła, kształtuje się w sposób elektroniczny, poprzez ustawienie na jej drodze przesłony w postaci elementu optoelektronicznego, którym najkorzystniej jest matryca ciekłokrystaliczna sterowana przez połączony z nią układ elektroniczny. Układ optyczny reflektora samochodowego, jako realizacja wymienionego sposobu, składa się z odbłyśnika, źródła światła, którym jest najczęściej żarówka, z przesłony w postaci elementu optoelektronicznego kształtującego wiązkę światła, w skład którego wchodzi matryca ciekłokrystaliczna wraz z podłączonym do niej elektronicznym układem sterowania, oraz z soczewki, którą jest najczęściej klosz reflektora. Promienie świetlne, zarówno te, które wychodzą bezpośrednio ze źródła światła, jak i te odbite od odbłyśnika, przechodzą przez matrycę ciekłokrystaliczną, gdzie są modulowane przez elektroniczny układ sterowania matrycą i po ich zmodulowaniu kierowane są do soczewki reflektora. Reflektor, zwłaszcza do pojazdów mechanicznych znany z polskiego opisu patentowego nr , składa się z żarówki elektrycznej umieszczonej w ognisku półsoczewki lub półsoczewek pierścieniowych skupiających o osi symetrii wspólnej z osią reflektora, otoczonych pierścieniowymi pryzmatami o osi wspólnej z osią reflektora, o przekroju osiowym w kształcie trójkąta najkorzystniej prostokątnego, równoramiennego, którego jedna przyprostokątna prostopadła do osi, druga jest równoległa do osi i znajduje się przed przeciwprostokątną przekroju tworzącą ścianę odbijającą, przy czym wszystkie elementy zestawu optycznego stanowią przeźroczystą jednorodną bryłę obrotową. Moduł oświetlający eliptyczny bez zasłony, wytwarzający strumień oświetlający z odcięciem i reflektor zawierający taki moduł znany z europejskiego opisu patentowego nr EP zawiera umieszczone z tyłu do przodu na poziomej wzdłużnej osi optycznej, dwa odbłyśniki typu eliptycznego, z których każdy ogranicza przestrzeń odbicia dla promieni świetlnych i z których każdy zawiera powierzchnię odbijającą w przybliżeniu eliptyczną, dwa źródła światła, które są umieszczone w pobliżu pierwszego ogniska każdego odbłyśnika, i soczewkę skupiającą, której płaszczyzna ogniskowa jest umieszczona w pobliżu drugiego ogniska pierwszego odbłyśnika. Pierwszy odbłyśnik zawiera płaską poziomą powierzchnię odbijającą, której strona górna jest powierzchnią odbijającą, która ogranicza pionowo w dół przestrzeń odbicia strumienia emitowanego przez pierwsze źródło światła i zawiera przednią krawędź skrajną, zwaną krawędzią odcięcia, która jest umieszczona w pobliżu drugiego ogniska odbłyśnika, zaś ta powierzchnia płaska pierwszego odbłyśnika jest umieszczona w płaszczyźnie poziomej przechodzącej ogólnie przez ogniska pierwszego odbłyśnika, charakteryzujący się tym, że drugie źródło światła jest umieszczone tak, że emitują strumień oświetlający jedynie w stronę drugiego odbłyśnika, a co najmniej jedno ze źródeł światła jest utworzone przez diodę świecącą. Znane rozwiązania układów kształtujących strumień światła bazują na odbłyśnikach i ewentualnie pojedynczych soczewkach sferycznych albo asferycznych umieszczanych bezpośrednio nad źródłami światła lub odbłyśnikami stanowiącymi obudowę tych źródeł. W przypadku większej liczby źródeł

3 PL B1 3 światła zastosowanych w oprawach kształtuje się je w postaci matryc zbudowanych z soczewek sferycznych lub Fresnela. Istota układu optycznego według wynalazku, polega na tym, że jest układem soczewek połączonych powierzchniami płaskimi, przy czym pierwsza soczewka wykonana w postaci, co najmniej jednej soczewki pryzmatycznej lub soczewki cylindrycznej Fresnela, zintegrowana jest z drugą soczewką wykonaną w postaci, co najmniej jednej soczewki płasko-wypukłej cylindrycznej sferycznej, przy czym linia ogniskowa górnej soczewki jest prostopadła do linii ogniskowej dolnej soczewki, natomiast bezpośrednio nad układem soczewek w osi optycznej układu soczewkowego umieszczone są diody elektroluminescencyjne. Korzystnie, układ soczewek połączonych powierzchniami płaskimi wykonany jest w postaci linijki optycznej, przy czym długość linijki optycznej jest równa długości źródła światła, wykonanego w postaci matrycy zawierającej płytkę drukowaną, na której zamocowane są, w co najmniej jednym szeregu diody elektroluminescencyjne. Korzystnie, układ soczewek połączonych powierzchniami płaskimi wykonany jest, jako jeden element. Zaletą układu optycznego według wynalazku, jest precyzyjne i asymetryczne kierowanie strumienia świetlnego zarówno z pojedynczych źródeł światła jak i z zestawów świetlnych, zwłaszcza elektroluminescencyjnych diod LED. Układ pozwala na kształtowanie charakterystyki strumienia świetlnego tak, że światło dociera tylko tam, gdzie jest potrzebne lub wymagane, przez co znacznie poprawia sprawność opraw oświetleniowych. Dodatkową zaletą układu soczewek jest dostosowanie go do zmiennej liczby źródeł światła i do indywidualnych charakterystyk kierunkowych źródeł światła. Przedmiot wynalazku w przykładach wykonania uwidoczniony jest na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia drogową lampę LED z soczewkowym układem optycznym, fig. 2 - przykładowe soczewki stosowane w układzie optycznym, przy czym na fig. 2a - soczewkę pryzmatyczną, fig. 2b - soczewkę płasko-wypukłą cylindryczną sferyczną, fig. 2c - soczewkę cylindryczną Fresnela, fig. 2c - soczewkę płasko-wypukłą cylindryczną asferyczną, fig. 3 - soczewkowy układ optyczny z soczewką pryzmatyczną i soczewką płasko-wypukłą cylindryczną sferyczną umieszczony przed jedną diodą elektroluminescencyjną, fig. 4 - soczewkowy układ optyczny z soczewką pryzmatyczną i soczewką płasko-wypukłą cylindryczną sferyczną z uformowaną wiązką światła, fig. 5 - widok z boku soczewkowego układu optycznego z jedną soczewką pryzmatyczną i dziesięcioma soczewkami płasko-wypukłymi cylindrycznymi sferycznymi umieszczony przed liniową matrycą dziesięciu diod elektroluminescencyjnych, fig. 6 - przekrój poprzeczny soczewkowego układu optycznego z jedną soczewką pryzmatyczną i dziesięcioma soczewkami płasko-wypukłymi cylindrycznymi sferycznymi umieszczony przed liniową matrycą dziesięciu diod elektroluminescencyjnych, fig. 7 - widok aksonometryczny soczewkowego układu optycznego z jedną soczewką pryzmatyczną i trzema soczewkami płasko-wypukłymi cylindrycznymi sferycznymi, fig. 8 - widok aksonometryczny soczewkowego układu optycznego z czterema soczewkami pryzmatycznymi i trzema soczewkami płasko-wypukłymi cylindrycznymi sferycznymi, fig. 9 - widok aksonometryczny soczewkowego układu optycznego z czterema soczewkami pryzmatycznymi i jedną soczewką płasko-wypukłą cylindryczną sferyczną, fig widok aksonometryczny soczewkowego układu optycznego z piętnastoma soczewkami cylindrycznymi Fresnela i jedną soczewką płasko-wypukłą cylindryczną sferyczną umieszczony przed liniową matrycą piętnastu diod elektroluminescencyjnych, fig przekrój poprzeczny soczewkowego układu optycznego z piętnastoma soczewkami cylindrycznymi Fresnela i jedną soczewką płasko-wypukłą cylindryczną sferyczną umieszczony przed liniową matrycą piętnastu diod elektroluminescencyjnych, fig widok aksonometryczny soczewkowego układu optycznego z czterema soczewkami cylindrycznymi Fresnela i jedną soczewką płasko-wypukłą cylindryczną sferyczną, fig widok aksonometryczny soczewkowego układu optycznego z jedną soczewką cylindryczną Fresnela i trzema soczewkami płasko-wypukłymi cylindrycznymi sferycznymi, a fig widok aksonometryczny soczewkowego układu optycznego z czterema soczewkami cylindrycznymi Fresnela i trzema soczewkami płasko-wypukłymi cylindrycznymi sferycznymi. P r z y k ł a d 1 Soczewkowy układ optyczny dla lamp LED, zwłaszcza drogowych, umieszczony w obudowie z radiatorem 1, wykonany w postaci układu dwóch soczewek 2, osadzony jest w niewielkiej odległości przed diodą elektroluminescencyjną 3.

4 4 PL B1 Układ soczewek 2 wykonany jest z materiału transparentnego. Obudowa z radiatorem 1 zamknięta jest kloszem 4 wykonanym z materiału transparentnego, natomiast dioda elektroluminescencyjna 3 osadzona jest na płytce drukowanej 5. Układ soczewek 2 stanowią dwie soczewki 6, 7 połączone powierzchniami płaskimi, z których pierwsza jest soczewką pryzmatyczną 6 i zintegrowana jest z drugą soczewką płasko-wypukłą cylindryczną sferyczną 7. Linia ogniskowa górnej soczewki 9 pryzmatycznej 6 jest prostopadła do linii ogniskowej dolnej soczewki 10 płasko-wypukłej cylindrycznej sferycznej 7, ponadto dioda elektroluminescencyjna 3 umieszczona jest nad układem soczewek 2 w osi optycznej układu soczewkowego 11. Strumień światła uformowany przez układ soczewek 2 ma w przybliżeniu kształt wydłużonego prostokąta i oświetla nawierzchnię drogi z pomięciem jej poboczy. P r z y k ł a d 2 pierwszym z tą różnicą, że układ soczewek 2 połączonych powierzchniami płaskimi wykonany jest w postaci linijki optycznej, przy czym długość linijki optycznej jest równa długości źródła światła, wykonanego w postaci liniowej matrycy dziesięciu diod elektroluminescencyjnych 3 osadzonych w jednym szeregu na płytce drukowanej 5. Układ soczewek 2 ma jedną podłużną soczewkę pryzmatyczną 6, wzdłuż której umieszczonych jest dziesięć soczewek płasko-wypukłych cylindrycznych sferycznych 7, przy czym linie ogniskowe dolnych soczewek 10 sferycznych 7 są prostopadłe do linii ogniskowej górnej soczewki 9 pryzmatycznej 6. Strumień światła uformowany przez układ soczewek 2 ma w przybliżeniu kształt wydłużonego prostokąta i jednorodnie oświetla nawierzchnię drogi z pomięciem jej poboczy. P r z y k ł a d 3 pierwszym albo trzecim z tą różnicą, że układ soczewek 2 ma jedną podłużną soczewkę pryzmatyczną 6, wzdłuż której umieszczone są trzy soczewki płasko-wypukłe cylindryczne sferyczne 7, przy czym linie ogniskowe dolnych soczewek 10 sferycznych 7 są prostopadłe do linii ogniskowej górnej soczewki 9 pryzmatycznej 6. P r z y k ł a d 4 pierwszym albo trzecim z tą różnicą, że układ soczewek 2 ma trzy soczewki pryzmatyczne 6 i trzy soczewki płasko-wypukłe cylindryczne sferyczne 7, przy czym linie ogniskowe dolnych soczewek 10 sferycznych 7 są prostopadłe do linii ogniskowych górnych soczewek 9 pryzmatycznych 6. P r z y k ł a d 5 pierwszym albo trzecim z tą różnicą, że układ soczewek 2 ma cztery soczewki pryzmatyczne 6 i jedną soczewkę płasko-wypukłą cylindryczną sferyczną 7, przy czym linie ogniskowe dolnych soczewek 10 sferycznych 7 są prostopadłe do linii ogniskowej górnej soczewki 9 pryzmatycznej 6. P r z y k ł a d 6 pierwszym do piątego z tą różnicą, że soczewka pryzmatyczna 6 jest soczewką cylindryczną Fresnela 8. P r z y k ł a d 7 szóstym z tą różnicą, że układ soczewek 2 zawierający piętnaście soczewek cylindrycznych Fresnela i jedną soczewkę płasko-wypukłą cylindryczną sferyczną 7, umieszczony jest przed liniową matrycą piętnastu diod elektroluminescencyjnych 3. P r z y k ł a d 8 szóstym z tą różnicą, że układ soczewek 2 ma jedną soczewkę cylindryczną Fresnela i trzy soczewki płasko-wypukłe cylindryczne sferyczne 7. P r z y k ł a d 9 szóstym z tą różnicą, że układ soczewek 2 ma cztery soczewki cylindryczne Fresnela i trzy soczewki płasko-wypukłe cylindryczne sferyczne 7. P r z y k ł a d 10 pierwszym do dziewiątego z tą różnicą, że soczewka płasko-wypukła cylindryczna sferyczna 7 jest soczewką płasko-wypukłą cylindryczną asferyczną.

5 PL B1 5 P r z y k ł a d 11 pierwszym do jedenastego z tą różnicą, że układ soczewek 2 połączonych powierzchniami płaskimi wykonany jest, jako jeden element. Powierzchnie płaskie soczewki 6, 7, 8 połączone są w układ soczewek 2, dowolną techniką taką jak klejenie, zgrzewanie, czy zgrzewanie ultradźwiękowe, jak również układ soczewek 2 może być wykonany, jako jeden element techniką odlewania, formowania, drukowania lub obróbki ubytkowej poprzez szlifowanie materiału transparentnego optycznie ze szkła lub plastiku. Układ soczewek 2 i usytuowana nad nim matryca z diodami elektroluminescencyjnymi 3, montowane są do radiatora obudowy z radiatorem 1 za pomocą połączeń śrubowych, nitowych, zgrzewania lub klejenia. Transparentny klosza 4 uszczelniający obudowę z radiatorem 1, wykonany jest ze szkła lub tworzyw sztucznych i mocowanego przy pomocy śrub, nitów, zgrzewanego, klejonego lub zatrzaskiwanego. Zastrzeżenia patentowe 1. Soczewkowy układ optyczny dla lampy LED, zwłaszcza drogowej, umieszczany w obudowie z radiatorem, przed matrycą z diodami elektroluminescencyjnymi, znamienny tym, że jest układem soczewek (2) połączonych powierzchniami płaskimi, przy czym pierwsza soczewka wykonana w postaci, co najmniej jednej soczewki pryzmatycznej (6) zintegrowana jest z drugą soczewką wykonaną w postaci, co najmniej jednej soczewki płasko-wypukłej cylindrycznej sferycznej (7), ponadto linia ogniskowa górnej soczewki (9) jest prostopadła do linii ogniskowej dolnej soczewki (10), natomiast bezpośrednio nad układem soczewek w osi optycznej układu soczewkowego (11) umieszczone są diody elektroluminescencyjne (3). 2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że soczewka pryzmatyczna (6) jest cylindryczną Fresnela (8). 3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że pierwsza soczewka jest soczewką płasko- -wypukłą cylindryczną asferyczną. 4. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że układ soczewek (2) połączonych powierzchniami płaskimi wykonany jest jako jeden element. 5. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że układ soczewek (2) połączonych powierzchniami płaskimi wykonany jest w postaci linijki optycznej, przy czym długość linijki optycznej jest równa długości źródła światła, wykonanego w postaci matrycy zawierającej płytkę drukowaną (5), na której zamocowane są, w co najmniej jednym szeregu diody elektroluminescencyjne (3).

6 6 PL B1 Rysunki

7 PL B1 7

8 8 PL B1

9 PL B1 9

10 10 PL B1 Departament Wydawnictw UPRP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)