SK501072013U1 - Zariadenie na variabilnĂş zmenu vyĹľarovacieho uhla pre LED - Google Patents

Abstract

Technické riešenie zariadenia na variabilnú zmenu vyžarovacieho uhla pre LED pozostáva z najmenej jednej optickej zostavy tvorenej najmenej jedným LED (LED ARRAY) zdrojom (1), pred ktorým je v prvom poradí zaradená planokonvexná (3a) alebo konvexnokonkávna šošovka (3b) a aspoň v druhom poradí sú zaradené už len konvexnokonkávne šošovky (7). Ďalej pozostáva z posúvacieho mechanizmu (8) na posun aspoň konvexnokonkávnej šošovky (3b) z prvého poradia a/alebo konvexnokonkávnych šošoviek (7) aspoň z druhého poradia. Zariadenie je určené na využitie pre pevné bodové/wash reflektory a diaľkovo ovládané reflektory – rotačné hlavy s manuálne alebo motoricky nastaviteľným zoomom určenými hlavne pre divadlo, TV, film, architektúru a zábavu.

Description

Oblasť techniky

Predmetom technického riešenia je zariadenie na variabilnú zmenu vyžarovacieho uhla určené pre výkonové svetelné diódy Light emitting dióde (ďalej len LED), s využitím vo všetkých oblastiach, kde sa tieto LED na osvetľovanie používajú, najmä však v architektúre, divadle, televízii, filme a svetelných reflektoroch používaných v zábavnom priemysle.

Doterajší stav techniky

V súčasnosti sa výkonové light emitting diódy (LED) používajú na výrobu svietidiel, svetelných zdrojov, pričom ich použitie sa rozširuje na všetky oblasti svetelnej techniky. Dnes sú už dostupné rôzne svetelné zdroje, svietidlá pre základné, dekoračné a efektové osvetlenie pre interiéry a exteriéry. LED sa tiež využívajú pre grafické video plochy, osvetľovanie fasád, video obrazovky a.i..

V súčasnosti sú známe rôzne farby LED, ktoré emitujú svetlo rôznej vlnovej dĺžky. Ich kombináciou dosahujeme miešanie farieb pričom základné miešanie farieb sa realizuje prostredníctvom červenej (Red - R), zelenej (Green - G) a modrej (Blue-B), ku ktorým sa pridávajú farby/farebné odtiene: studená biela okolo 6000K (White-W), Neutrálna biela okolo 4000K. (Neutrál white-N), teplá biela okolo 3000K. (Warm white-WW), Jantárová (Amber-A) a Cyanová (Cyan-C). Pri spojení viacerých LED sa získava základná LED zostava - LED ARRAY.

Základným všeobecne používaným optickým výstupným elementom pre LED je šošovka s pevným vyžarovacím uhlom, pričom zmena vyžarovacieho uhla sa dosahuje ich výmenou, alebo manuálnym pridávaním rôznych difúznych filtrov.

V súčasnosti sa pre plynulú zmenu vyžarovacieho uhla lúča z LED používajú rôzne optické prvky, avšak väčšina má pomerne malú účinnosť pod 50%, alebo rozsah vyžarovacieho uhla obmedzený. Známy rozsah 11° až 40° (15° až 50°) je udávaný pre 50% pokles intenzity.

Z patentovej literatúry týkajúcej sa predmetného problému je možné ako príklad uviesť najmä patenty US 7 767 948, 7 887 212, 7 744 242 a 7 850 334

Podstata technického riešenia

Zistilo sa, že optimalizovanú variabilnú zmenu vyžarovacieho uhla LED je možné dosiahnuť zariadením na variabilnú zmenu vyžarovacieho uhla pre LED podľa technického riešenia. Podstata technického riešenia spočíva v tom, že zariadenie pozostáva z najmenej jednej optickej zostavy tvorenej najmenej jedným LED zdrojom a najmenej dvomi šošovkami zaradenými v rade pred tento LED zdroj, pričom v prvom poradí je zaradená planokonvexná alebo konvexnokonkávna šošovka, v druhom poradí je zaradená konvexnokonkávna šošovka. Súčasťou zariadenia je posúvací mechanizmus na posun jednotlivých prvkov optickej zostavy. Pod LED zdrojom sa pri opise tohto technického riešenia sa v ďalšom texte rozumie aj LED ARRAY zdroj.

Je výhodné, ak optická zostava ďalej obsahuje v druhom rade zaradenú ďalšiu konvexnokonkávnu šošovku a prípadne v treťom rade zaradenú ďalšiu konvexnokonkávnu šošovku. Môže byť viac radov so zaradenými ďalšími konvexnokonkávnymi šošovkami. Súčasťou technického riešenia je, že posúvací mechanizmus, ktorý je prispôsobený na manuálne alebo motorické ovládanie posunu každého prvku optickej zostavy jednotlivo ako aj na manuálne alebo motorické ovládanie posunu optickej sústavy ako celku. Motorický posun môže byť riadený aj elektronicky.

Zariadenie podľa technického riešenia môže ďalej pozostávať z množstva optických zostáv pre LED ARRAY, pričom posúvací mechanizmus bude prispôsobený na ovládanie posunu všetkých prvkov jednotlivo alebo celého množstva optických zostáv naraz a to manuálne alebo motoricky. Motorický posun môže byť riadený aj elektronicky. Zariadenie podľa technického riešenia môže ale nemusí obsahovať ako svoju súčasť pevný difuzor.

Pohybom šošovky k zdroju svetla a od zdroja svetla napríklad v reflektore sa mení výsledný uhol vyžarovania, čo je všeobecne dlhodobo používaný prvok v svetelnej technike, avšak bez použitia zariadenia podľa technického riešenia nie je možné dosiahnuť účinnosť vyššiu ako 80%, ktorú by bez tohto zariadenia bolo možné dosiahnuť len použitím veľmi rozmernej šošovky, čím by sa zariadenie stalo prakticky nerealizovateľným.

V zariadení podľa technického riešenia je pre dosiahnutie maximálneho vyžarovacieho uhla 5° až 80° optimálne použitá optická sústava s tromi šošovkami. Pričom prvá šošovka najbližšie umiestnená k LED sa líši, pretože poznáme dve základné verzie LED a to bez šošovky (tzv. “fiat lens”) a so šošovkou integrovanou v LED zdroji.

V rámci zariadenia podľa technického riešenia je u LED bez šošovky použitá pozitívne zväčšujúca planokonvexná šošovka, kde jedna jej strana je rovná a druhá jej strana je zaoblená pre maximálne možné priblíženie sa k LED. Pre LED s integrovanou šošovkou je použitá konvexnokonkávna šošovka, kde obe jej strany sú zaoblené ale zväčšenie je stále pozitívne. Do konkávnej plochy zapadá integrovaná šošovka a tým umožňuje lepšie priblíženie sa k LED.

Ďalej v ďalších poradiach sú zaradené len konvexnokonkávne šošovky, pričom z hľadiska technického riešenia je dôležité, že všetky šošovky do seba čo najviac ako je možné zapadajú a tak vytvárajú pri maximálnom vyžarovacou uhle kompaktnú zostavu s maximálnym zväčšením. Pri plynulom optimálnom vzájomnom posune všetkých šošoviek v smere od LED získava sa veľmi malý výsledný uhol, pričom pozícia jednotlivých šošoviek zabezpečuje optimálne využitie vyžarovacieho uhla LED pre maximálny svetelný tok a účinnosť.

Zariadenie podľa technického riešenia je možné použiť pre jednofarebné LED, multifarebné (multi-chip) LED, ako aj pre LED ARRAY zložené z viacerých LED.

Jednotlivé šošovky sú posúvané manuálne, alebo motoricky s elektronickým riadením. Ich pohyb je optimalizovaný na dosiahnutie maximálnej účinnosti LED zdroja spolu s maximálnou zmenou vyžarovacieho uhla.

Jednotlivé LED zdroje sú napojené na riadiacu elektroniku, ktorou je možné regulovať intenzitu všetkých výkonových LED zdrojov, jednofarebných aj viacfarebných, pričom základné miešanie farieb RGB môže byť rozšírené o miešanie farieb s Amber, White, Neutrál white, Warm white, Cyan a iných farieb a tým spojené variabilnejšie miešanie farieb.

Riadiacu elektroniku je možné ovládať diaľkovo ľubovoľným štandardným digitálnym signálom), (napr.DMX 512, MIDI, DALI, DSI, RS232, RS485, Instabus, C-bus, Profibus, intranet a internet,...).

Jednotlivé výkonové LED ARRAY zostavy sú vhodne pripevnené na chladič z hliníka, medi, alebo keramiky buď priamo, alebo cez iné kontaktné prvky ako sú tepelne vodivá páska, tepelne vodivá pasta, aktívny Peltierov článok. Chladič môže byť kompaktný, alebo prípadne zložený z viacerých chladičov. Chladiče sú ochladzované vzduchom, pričom je ich možné dodatočne ochladzovať ventilátorom s reguláciou jeho otáčok v závislosti na teplote, alebo trvalo bez regulácie otáčok.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Príklady uskutočnenia technického riešenia zariadenia na variabilnú zmenu vyžarovacieho uhla pre LED budú bližšie znázornené pomocou pripojených výkresov na ktorých:

obr. 1 zobrazuje LED alebo LED ARRAY zdroj umiestnený na plošnom spoji s chladičom so základným vyžarovacím uhlom;

obr. 2a zobrazuje LED alebo LED ARRAY zdroj s planokonvexnou šošovkou s usmerneným kužeľovým vyžarovaným svetelným tokom;

obr. 2b zobrazuje LED alebo LED ARRAY zdroj s konvexnokonkávnou šošovkou s usmerneným kužeľovým vyžarovaným svetelným tokom;

obr. 3 zobrazuje LED alebo LED ARRAY zdroj so vzdialene posunutou planokonvexnou šošovkou do oblasti zaostrenia s časťou svetelného toku vyžarovaného do valcového priestoru;

obr. 4 zobrazuje zariadenie s LED alebo LED ARRAY zdrojom v usporiadaní s maximálnym priblížením planokonvexnej šošovky z prvého poradia a konvexnokonkávnych šošoviek z druhého a tretieho poradia s usmerneným kužeľovým vyžarovaným svetelným tokom; obr. 5 zobrazuje zariadenie s LED alebo LED ARRAY zdrojom v usporiadaní s čiastočným 50 % -ným oddialením planokonvexnej šošovky z prvého poradia a konvexnokonkávnymi šošovkami z druhého a tretieho poradia s viac usmerneným kužeľovým vyžarovaným svetelným tokom;

obr. 6 zobrazuje zariadenie s LED alebo LED ARRAY zdrojom v usporiadaní s oddialením planokonvexnej šošovky z prvého poradia a konvexnokonkávnymi šošovkami z druhého a tretieho poradia do oblasti zaostrenia s celou časťou svetelného toku vyžarovaného do valcového priestoru;

obr. 7 zobrazuje zariadenie s množstvom LED ARRAY zdrojov s difúzorom v usporiadaní s maximálnym priblížením planokonvexných šošoviek z prvého poradia a konvexnokonkávnych šošoviek z druhého a tretieho poradia s usmerneným kužeľovým vyžarovaným svetelným tokom;

obr. 8 zobrazuje zariadenie s množstvom LED ARRAY zdrojov s difúzorom v usporiadaní s oddialením planokonvexných šošoviek z prvého poradia a konvexnokonkávnych šošoviek z druhého a tretieho poradia s usmerneným kužeľovým vyžarovaným svetelným tokom; obr. 9 zobrazuje zariadenie s množstvom LED ARRAY zdrojov s difúzorom v usporiadaní s oddialením planokonvexných šošoviek z prvého poradia a konvexnokonkávnych šošoviek z druhého a tretieho poradia a motorické ovládané posúvacie mechanizmy s riadiacou elektroniku.

Príklady uskutočnenia technického riešenia

Príklad 1

V tomto príklade je opísané zariadenie na variabilnú zmenu vyžarovacieho uhla pre LED zdroj i, ktoré je zobrazené na obr. l.LED zdroj J_je pripevnený na chladič 2 z medi priamo. Chladič 2 je kompaktný a je chladený vzduchom. V tomto príklade je použitý LED zdroj i bez integrovanej šošovky, ktorý je znázornený na obr. 2a. Na dosiahnutie maximálneho celkového výstupného vyžarovacieho uhla 5a je preto pred LED zdrojom i v prvom poradí použitá planokonvexná šošovka 3a. Potom aj účinnosť je maximálna, pretože všetok svetelný tok 4a z LED je usmerňovaný planokonvexnou šošovkou 3a. Zariadenie jednej optickej zostavy na variabilnú zmenu vyžarovacieho uhla pre LED zdroj i ďalej pozostáva z druhého a tretieho poradia zaradených konvexnokonkávnych šošoviek 7, ako je to znázornené na obr. 4, ktoré sú posúvacím mechanizmom 8, znázorneným na obr. 9, posunuté maximálne k sebe, pričom celkový výstupný vyžarovací uhol 5a je maximálny. V tomto prípade je účinnosť maximálna, pretože všetok svetelný tok 4a z LED je usmerňovaný jednou planokonvexnou šošovkou 3a prvého poradia a dvoma konvexnokonkávnymi šošovkami 7 druhého a tretieho poradia. Planokonvexnou šošovkou 3a prvého poradia a dvoma konvexnokonkávnymi šošovkami 7 druhého poradia optimalizovaným vzájomným pohybom vykonaným posúvacím mechanizmom 8 zabezpečujú maximálne možné využitie svetelného toku z LED zdroja i optickej zostavy, pričom sa zároveň mení aj výstupný vyžarovací uhol 5a v rozsahu do výstupný vyžarovacieho uhla 5b ako je to zobrazené na obr. 5 s na 50% posunom šošoviek od seba, pričom celkový výstupný vyžarovací uhol 5b je polovičný. Posunom všetkých šošoviek od seba až na 100 % od seba až do oblasti zaostrenia sa dosiahne minimálny celkový výstupný vyžarovací uhol 5c. ako je to znázornené na obr. 6. Optimálny smer K) posunu je zabezpečený motoricky ovládaným posúvacím mechanizmom 8 individuálne pre planokonvexnu šošovku 3a prvého poradia a dve konvexnokonkávne šošovky 7 druhého a tretieho poradia. Smer 10 posunu motoricky ovládaným posúvacím mechanizmom 8 je riadená riadiacou elektronikou 11. Riadiaca elektronika Uje ovládaná diaľkovo ľubovoľným štandardným digitálnym signálom DMX 512, MIDI, DALI, DSI, RS232, RS485, Instabus, C-bus, Profibus, intranet a internet a podobnými.

Príklad 2

V tomto príklade je opísané zariadenie so štyrmi optickými zostavami s difuzorom 9 na variabilnú zmenu vyžarovacieho uhla pre LED ARRAY zdroj X, ktoré je zobrazené na obr. 7 a 8. LED ARRAY zdroj i je pripevnený na chladič 2 z hliníka nepriamo cez tepelne vodivú pásku alebo tepelne vodivú pastu. Chladič 2 je kompaktný a je chladený ventilátorom s reguláciou jeho otáčok v závislosti na teplote. V tomto príklade sú použité LED zdroje 1 bez integrovanej šošovky. Na dosiahnutie maximálneho celkového výstupného vyžarovacieho uhla 5a sú preto pred LED zdrojmi 1 v prvom poradí použité planokonvexné šošovky 3a. Potom aj účinnosť je maximálna, pretože všetok svetelný tok 4a z LED je usmerňovaný planokonvexnými šošovkami 3a. Zariadenie so štyrmi optickými zostavami na variabilnú zmenu vyžarovacieho uhla pre LED zdroje 1 ďalej pozostáva z druhého a tretieho poradia zaradených konvexnokonkávnych šošoviek 7, ktoré sú posúvacím mechanizmom 8, znázorneným na obr. 9, posunuté maximálne k sebe, pričom celkový výstupný vyžarovací uhol 5a je maximálny ako je to zobrazené na obr. 7. V smere 10 posunu všetkých šošoviek od seba až na 100 % až do oblasti zaostrenia sa dosiahne minimálny celkový výstupný vyžarovací uhol 5c ako je to znázornené na obr. 8. Optimálny smer 10 posunu je zabezpečený motoricky spoločne ovládaným posúvacím mechanizmom 8 pre planokonvexné šošovky 3a prvého poradia a dve konvexnokonkávne šošovky 7 druhého a tretieho poradia.

Príklad 3

V tomto príklade je opísané zariadenie so štyrmi optickými zostavami na variabilnú zmenu vyžarovacieho uhla pre LED ARRAY zdroj i, ktoré je zobrazené na obr. 9. LED ARRAY zdroj X je pripevnený na chladič 2 z keramiky s vloženým Peltierovým článkom. Chladič 2 je kompaktný. V tomto príklade sú použité LED zdroje X bez integrovanej šošovky. Na dosiahnutie intervalu maximálneho až minimálneho celkového výstupného vyžarovacieho uhla 5a, 5c sú preto pred LED zdrojmi X v prvom poradí použité planokonvexné šošovky 3a a ďalej sú to zaradené konvexnokonkávne šošovky 7 z druhého až štvrtého poradia, ktoré sú ovládané posúvacím mechanizmom 8 riadeným riadiacou elektronikou IX v smere 10 posunu všetkých šošoviek. Pre lepšie miešanie farieb môže byť použitý difuzor 9.

Príklad 4

V tomto príklade je predstavené zariadenie na variabilnú zmenu vyžarovacieho uhla pre LED zdroj X z ktoréhokoľvek predchádzajúceho príkladu s tým rozdielom, že je použitý

LED zdroj X s integrovanou šošovkou. V tomto príklade je aj v prvom poradí zaradená konvexnokonkávna šošovka 3b ako je to znázornené na obr. 2b. Analogicky túto zostavu možno uplatniť aj pre LED (LED ARRAY) zdroje 1 s integrovanými šošovkami.

Priemyselná využiteľnosť

Zariadenie podľa technického riešenia je možné uplatniť pri všetkých LED reflektoroch ako sú pevné bodové/wash reflektory a diaľkovo ovládané reflektory - rotačné hlavy s manuálne, alebo motoricky nastaviteľným zoomom určenými hlavne pre divadlo, TV, film, architektúru a zábavu.

Claims (7)

NÁROKY NA OCHRANU

1. Zariadenie na variabilnú zmenu vyžarovacieho uhla pre LED, vyznačujúce sa tým, že pozostáva z najmenej jednej optickej zostavy tvorenej najmenej jedným LED (LED ARRAY) zdrojom (1), pred ktorým je v prvom poradí zaradená planokonvexná/(3a) alebo konvexnokonkávna šošovka (3b), a aspoň v druhom poradí sú zaradené už len konvexnokonkávne šošovky (7) a ďalej pozostáva z posúvacieho mechanizmu (8) na posun aspoň konvexnokonkávnej šošovky (3b) z prvého poradia a/alebo konvexnokonkávnych šošoviek (7) aspoň z druhého poradia.

2. Zariadenie podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že posúvací mechanizmus (8) má manuálne samostatné ovládanie posunu ktorejkoľvek z konvexnokonkávných šošoviek (3b, 7) z prvého a/alebo aspoň z druhého poradia.

3. Zariadenie podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že posúvací mechanizmus (8) má manuálne spoločné ovládanie posunu všetkých konvexnokonkávných šošoviek (3b, 7) z prvého a/alebo aspoň z druhého poradia.

4. Zariadenie podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že posúvací mechanizmus (8) má motorické samostatné ovládanie posunu ktorejkoľvek z konvexnokonkávných šošoviek (3b, 7) z prvého a/alebo aspoň z druhého poradia.

5. Zariadenie podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že posúvací mechanizmus (8) má motorické spoločné ovládanie posunu všetkých konvexnokonkávných šošoviek (3b, 7) z prvého a/alebo aspoň z druhého poradia.

6. Zariadenie podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúce sa tým, že ešte obsahuje pevný difuzor (9).

7. Zariadenie podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že pozostávajúce z viacerých optických zostáv má manuálny alebo motoricky posúvací mechanizmus (8) so samostatným alebo spoločným ovládaním posunu ktorejkoľvek alebo všetkých konvexnokonkávných šošoviek (3b, 7) z prvého a/alebo aspoň z druhého poradia.