ITMI20131711A1 - Apparecchio di illuminazione con sistema ottico per il controllo di indice ugr e luminanza - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

“APPARECCHIO DI ILLUMINAZIONE CON SISTEMA OTTICO PER IL CONTROLLO DI INDICE UGR E LUMINANZA”

La presente invenzione è relativa a un apparecchio di illuminazione dotato di un sistema ottico per il controllo di indice UGR e luminanza.

L’invenzione si presta, in particolare, a realizzare lampade ad effetto “dark” (aventi cioè emissione sopra i 65° inferiore a una soglia prefissata) per l’illuminazione di ambienti interni.

Nel settore dell’illuminazione d’interni e in particolare degli ambienti di lavoro si pone il problema di assicurare una emissione controllata. Esistono anche specifiche normative al riguardo che limitano i coni di emissione degli apparecchi a valori prestabiliti.

Per soddisfare i requisiti previsti dalle norme, è noto per esempio impiegare, negli apparecchi di illuminazione tecnici (destinati cioè all’illuminazione di ambienti di lavoro e in particolare di uffici), dove è richiesta una superficie emittente uniforme, delle lastre prismate che stringono l’emissione delle sorgenti luminose, in particolare producendo una curva polare conforme ai requisiti normativi, vale a dire:

- UGR (Unified Glare Rating): inferiore a 19;

- luminanza a 65° e oltre: inferiore a 3000 cd/m2. Una lastra prismata di questo tipo è schematicamente mostrata nelle figure 1 e 2.

La lastra 30, comunemente in metacrilato trasparente, ha una faccia 31 di ingresso liscia, che viene montata verso l’interno dell’apparecchio di illuminazione (verso le sorgenti luminose), ed una faccia 32 di uscita prismata, composta da coni 33 con angolo al vertice di 120°. Le basi dei coni 33 sono tagliate a forma esagonale in modo da ottimizzare la composizione della struttura, che risulta così essere a nido d’ape.

Come si può notare dalle figure 1 e 2, la lastra 30 lavora efficacemente, consentendo un ottimo controllo di UGR e luminanza a 65° e oltre, quando i raggi luminosi, e in particolare i raggi luminosi, più critici da controllare, radenti alla faccia 31 di ingresso della lastra 30 (aventi cioè elevato angolo di incidenza α, essendo l’angolo di incidenza l’angolo tra la direzione del raggio luminoso incidente su una superficie e un asse perpendicolare alla superficie nel punto di incidenza del raggio luminoso), passano attraverso superfici 34 “in salita“ dei coni (figura 1). In questo caso, il raggio luminoso emerge dalla faccia 32 di uscita con un angolo di emissione β (angolo tra la direzione del raggio luminoso uscente da una superficie e un asse perpendicolare alla superficie nel punto di uscita del raggio luminoso) soddisfacente (inferiore per esempio alla soglia prevista delle normative).

Se però un raggio luminoso attraversa una superficie 35 “in discesa” dei coni 33 (figura 2), allora l’angolo di incidenza α è maggiore dell’angolo limite e si ha un effetto di riflessione interna totale. Il raggio luminoso quindi non passa attraverso la lastra 30, ma comincia a “rimbalzare” all’interno della lastra 30. Le conseguenti riflessioni interne multiple modificano l’orientamento del raggio luminoso e, quando finalmente si ha incidenza su di una superficie “in salita”, è possibile che il raggio luminoso emerga oltre i 65°.

Questa condizione fa sì che l’intensità luminosa oltre i 65° non è zero, ma ha un certo valore, che può essere critico o meno a seconda della superficie emettente dell’apparecchio. Questo perché la luminanza è definita come il rapporto tra l’intensità luminosa e la superficie apparente di emissione.

In definitiva, i sistemi noti del tipo descritto non sono in grado di realizzare dei “cut off“ sufficientemente netti da rendere le lastre prismate utilizzabili efficacemente su tutti gli apparecchi. In particolare, UGR e luminanza possono superare i limiti di legge quando la superficie emittente ha dimensioni molto ridotte.

È uno scopo della presente invenzione quello di fornire un apparecchio di illuminazione dotato di un sistema ottico per il controllo di indice UGR e luminanza, adatto in particolare a realizzare lampade ad effetto “dark”, che superi gli inconvenienti qui evidenziati della tecnica nota.

In particolare, è uno scopo del trovato quello di fornire un apparecchio di illuminazione che consenta un efficiente controllo di UGR e luminanza anche con superfici emittenti ridotte.

La presente invenzione è dunque relativa a un apparecchio di illuminazione dotato di un sistema ottico per il controllo di indice UGR e luminanza, in particolare per realizzare lampade ad effetto “dark”, come definito in termini essenziali nell’annessa rivendicazione 1 e, nei suoi caratteri addizionali, nelle rivendicazioni dipendenti.

L’invenzione è ulteriormente descritta nei seguenti esempi non limitativi di attuazione, con riferimento alle figure annesse in cui:

– le figure 1 e 2 mostrano un apparecchio di illuminazione con controllo dell’emissione ottenuto, secondo la tecnica nota, con una lastra prismata;

– la figura 3 è una vista schematica prospettica di un apparecchio di illuminazione con sistema ottico di controllo di indice UGR e luminanza in accordo al trovato;

– la figura 4 è una vista schematica in sezione trasversale, con una porzione in scala ingrandita, di un dettaglio dell’apparecchio di figura 3.

In figura 3 è illustrato in forma schematica un apparecchio di illuminazione 1 a emissione controllata, adatto in particolare a realizzare lampade ad effetto “dark”.

L’apparecchio di illuminazione 1 è precisamente un apparecchio per l’illuminazione d’interni e in particolare degli ambienti di lavoro.

L’apparecchio di illuminazione 1 comprende almeno una sorgente luminosa 2, alloggiata in un involucro 3, e un sistema ottico 4 per il controllo di indice UGR e luminanza.

La sorgente luminosa 2 può essere di vario tipo, per esempio una striscia di LED.

L’involucro 3 può essere variamente conformato, anche a seconda dell’impiego dell’apparecchio di illuminazione 1 (per esempio, una lampada da soffitto). In generale, l’involucro 3 è provvisto di una camera 5 interna, che alloggia la sorgente luminosa 2 e ha una apertura di emissione 6 delimitata da un bordo periferico 7, da cui esce la luce emessa dalla sorgente luminosa 2.

Il sistema ottico 4 chiude l’apertura di emissione 6 ed intercetta l’emissione della sorgente luminosa 2.

Con riferimento alla figura 4, il sistema ottico 4 comprende un elemento ottico 8 multi-lente, formato da una pluralità di lenti 9 affiancate le une alle altre lungo due direzioni, e una griglia 10, disposta su una faccia 11 interna (rivolta verso l’interno dell’apparecchio di illuminazione 1 e verso la sorgente luminosa 2) dell’elemento ottico 8.

L’elemento ottico 8 è sostanzialmente piatto e si estende tra la faccia 11 interna e una faccia 12 esterna, opposta alla faccia 11 interna e rivolta, in uso, verso l’esterno dell’apparecchio di illuminazione 1 e quindi verso l’ambiente da illuminare.

L’elemento ottico 8 è distanziato dalla sorgente luminosa 2, essendo in particolare collocato a una distanza dalla sorgente luminosa 2 superiore allo spessore (distanza tra la faccia 11 interna e la faccia 12 esterna) dell’elemento ottico 8.

Vantaggiosamente, l’elemento ottico 8 è un elemento monolitico in materiale polimerico trasparente, per esempio PMMA.

Le lenti 9 sono a contatto una dell’altra lungo rispettivi lati.

Ciascuna lente 9 si estende lungo un asse A centrale (asse ottico) tra una superficie 13 di ingresso, rivolta verso l’interno dell’apparecchio di illuminazione 1 e quindi verso la sorgente luminosa 2, e una superficie 14 di uscita, opposta alla superficie 13 di ingresso e rivolta quindi verso l’esterno dell’apparecchio di illuminazione 1 e verso l’ambiente da illuminare.

Le lenti 9 sono lenti piano-convesse, aventi cioè rispettive superfici opposte che sono rispettivamente una superficie piana e una superficie convessa, avente raggio di curvatura prefissato.

In particolare, ciascuna lente 9 ha la superficie 13 di ingresso che è una superficie piana, e la superficie 14 di uscita che è una superficie convessa.

Le superfici 13 di ingresso formano la faccia 11 interna, sostanzialmente piana, dell’elemento ottico 8; la faccia 12 esterna è formata da una pluralità di superfici convesse, costituite da rispettive superfici 14 di uscita delle lenti 9.

Le lenti 9 sono unite una all’altra lungo rispettive facce 15 laterali comuni.

Nella preferita forma di attuazione illustrata, le lenti 9 sono lenti quadre, aventi cioè pianta quadrata.

La griglia 10 ha una pluralità di maglie 16 allineate a rispettive lenti 9 e delimitate da pareti laterali 17.

La griglia 10 è collocata sulla faccia 11 interna dell’elemento ottico 8 e a contatto della faccia 11 interna; le pareti laterali 17 contattano la faccia 11 interna dell’elemento ottico 8 e sono disposte lungo le facce 15 che uniscono le lenti 9.

In particolare, le pareti laterali 17 presentano rispettive superfici 21 di contatto inferiori, appoggiate sulla faccia 11 interna dell’elemento ottico 8, e rispettive superfici 22 libere superiori, opposte alle superfici 21 di contatto.

Ciascuna parete laterale 17 ha poi una coppia di fianchi 23 laterali opposti che uniscono le superfici 21 di contatto e le superfici 22 libere.

Preferibilmente, i fianchi 23 laterali hanno superfici nere assorbenti la luce, mentre le superfici 22 libere sono superfici bianche diffondenti con elevato coefficiente di riflessione, in modo da recuperare all’interno dell’involucro 3 la luce incidente sulla griglia 10. Per esempio, le superfici 22 libere sono realizzate/verniciate con un materiale polimerico bianco avente elevata riflettanza, per esempio riflettanza totale della luce visibile del 95% o superiore.

La griglia 10 è dimensionata in modo da limitare l’angolo di incidenza α dei raggi luminosi che arrivano sulle superfici 13 di ingresso delle lenti 9 (essendo l’angolo di incidenza α l’angolo formato dalla direzione di un raggio luminoso incidente su una superficie 13 di ingresso con un asse perpendicolare alla superficie 13 di ingresso nel punto di incidenza); precisamente, la griglia 10 e in particolare le pareti laterali 17 sono dimensionate in modo che arrivino alle lenti 9 (sulle superfici 13 di ingresso) solo raggi luminosi con angoli di incidenza α (rispetto alle superfici 13 di ingresso) superiori a una soglia minima αmin, in modo da limitare o evitare le riflessioni interne che subiscono generalmente i raggi radenti (con elevato angolo di incidenza), difficili da controllare.

Le lenti 9 e in particolare le loro superfici 14 di uscita sono poi conformate in modo da proiettare i raggi luminosi che passano attraverso la griglia 10 con angoli di emissione β (essendo l’angolo di emissione β l’angolo tra la direzione del raggio luminoso uscente dalla superficie 14 di uscita e un asse perpendicolare alla superficie 14 di uscita nel punto di uscita del raggio luminoso) inferiori a un valore di soglia βmax, per esempio 65° come indicato dalle normative vigenti.

In questo modo, tutti i raggi luminosi che attraversano le lenti 9 sono rifratti con angoli di rifrazione che soddisfano i requisiti previsti, essendo in particolare inferiori a 65°.

A titolo esemplificativo, le pareti laterali 17 hanno spessore (distanza tra i fianchi 23 laterali opposti) maggiore dell’altezza (distanza tra la superficie 21 di contatto e la superficie 22 libera). Per esempio, le pareti laterali 17 hanno spessore di circa 1,5-2,5 mm e altezza di circa 0,5-1,5 mm.

Le dimensioni delle maglie 16 dipendono dalle dimensioni delle lenti 9, in particolare dalla lunghezza dei lati (in pianta) delle lenti 9, che per esempio può essere di circa 8-10 mm.

Il raggio di curvatura delle lenti 9 (precisamente delle loro superfici 14 di uscita) è in generale confrontabile con la lunghezza dei lati delle lenti 9, essendo in particolare uguale o leggermente superiore alla lunghezza dei lati delle lenti 9, per esempio circa 8-12 mm.

In un esempio, le lenti 9 hanno lati di 9,2 mm e raggio di curvatura di 11 mm.

Opzionalmente, all’elemento ottico 8 è accoppiato o affacciato un foglio diffusore 25, il foglio diffusore, realizzato in opportuno materiale permeabile alla luce e diffondente (per esempio, un film di policarbonato), ha la funzione di rendere più omogenea l’emissione dell’apparecchio di illuminazione 1, senza alterare gli angoli di emissione.

Con il sistema ottico 4 dell’invenzione è possibile ottenere un “cut off” netto all’angolo desiderato, evitando che avvenga la riflessione interna totale.

Il sistema ottico 4 permette di ottenere l’emissione desiderata (anche di tipo “dark”) senza richiedere ulteriori elementi ottici sulla sorgente luminosa 2; in particolare, se la sorgente luminosa 2 è formata da una pluralità di LED, i LED non necessitano di lenti o ottiche proprie, associate ai singoli LED.

Il sistema ottico 4 dell’invenzione opera infatti in maniera indipendente dalla sorgente luminosa 2 e può essere utilizzato con sorgenti luminose diverse; non è quindi necessario realizzare un sistema ottico specifico per diverse sorgenti luminose, né dotare le sorgenti luminose di ottiche dedicate.

Resta infine inteso che all’apparecchio di illuminazione qui descritto ed illustrato possono essere apportate ulteriori modifiche e varianti che non escono dall’ambito delle annesse rivendicazioni.

Claims (14)

1. RIVENDICAZIONI 1. Apparecchio di illuminazione (1) a emissione controllata, comprendente almeno una sorgente luminosa (2) e un sistema ottico (4) per il controllo di indice UGR e luminanza; caratterizzato dal fatto che il sistema ottico (4) comprende un elemento ottico (8) multi-lente, formato da una pluralità di lenti (9) affiancate le une alle altre lungo due direzioni, e da una griglia (10), disposta su una faccia (11) interna, rivolta verso la sorgente luminosa (2), dell’elemento ottico (8).
2. 2. Apparecchio di illuminazione secondo la rivendicazione 1, in cui la griglia (10) è conformata e dimensionata in modo da limitare l’angolo di incidenza dei raggi luminosi che arrivano su rispettive superfici (13) di ingresso, rivolte verso l’interno dell’apparecchio di illuminazione (1) e verso la sorgente luminosa (2), delle lenti (9).
3. 3. Apparecchio di illuminazione secondo la rivendicazione 2, in cui la griglia (10) è conformata e dimensionata in modo che arrivino sulle superfici (13) di ingresso delle lenti (9) solo raggi luminosi con angoli di incidenza superiori a una soglia minima, in modo da limitare o evitare riflessioni interne multiple nell’elemento ottico (8).
4. 4. Apparecchio di illuminazione secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui le lenti (9) hanno rispettive superfici (14) di uscita conformate in modo da proiettare i raggi luminosi con angoli di emissione inferiori a un valore di soglia.
5. 5. Apparecchio di illuminazione secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui le lenti (9) sono lenti piano-convesse, aventi rispettive superfici (13) di ingresso piane rivolte verso l’interno dell’apparecchio di illuminazione (1) e verso la sorgente luminosa (2); e rispettive superfici (14) di uscita convesse, opposte alla superficie (13) di ingresso.
6. 6. Apparecchio di illuminazione secondo la rivendicazione 5, in cui l’elemento ottico (8) ha una faccia (11) interna sostanzialmente piana, rivolta verso la sorgente luminosa (2) e formata dalle superfici (13) di ingresso delle lenti (9); e una faccia (12) esterna, opposta alla faccia (11) interna e formata da una pluralità di superfici convesse, costituite da rispettive superfici (14) di uscita delle lenti (9).
7. 7. Apparecchio di illuminazione secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui le lenti (9) sono lenti quadre, aventi cioè pianta quadrata.
8. 8. Apparecchio di illuminazione secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui la griglia (10) ha una pluralità di maglie (16) allineate a rispettive lenti (9) e delimitate da pareti laterali (17).
9. 9. Apparecchio di illuminazione secondo la rivendicazione 8, in cui ciascuna parete laterale (17) ha una coppia di fianchi (23) laterali opposti che hanno rispettive superfici nere assorbenti la luce.
10. 10. Apparecchio di illuminazione secondo la rivendicazione 8 o 9, in cui le lenti (9) sono unite una all’altra lungo rispettive facce (15) laterali comuni e le pareti laterali (17) della griglia sono disposte lungo dette facce (15) laterali.
11. 11. Apparecchio di illuminazione secondo una delle rivendicazioni da 8 a 10, in cui le pareti laterali (17) della griglia (10) presentano rispettive superfici (22) libere superiori, rivolte verso l’interno dell’apparecchio di illuminazione (1) e verso la sorgente luminosa (2); dette superfici (22) libere essendo superfici bianche diffondenti con elevato coefficiente di riflessione.
12. 12. Apparecchio di illuminazione secondo la rivendicazione 11, in cui dette superfici (22) libere sono realizzate e/o verniciate con un materiale polimerico bianco avente elevata riflettanza, per esempio riflettanza totale della luce visibile del 95% o superiore.
13. 13. Apparecchio di illuminazione secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui la griglia (10) è collocata su una faccia (11) interna, rivolta verso la sorgente luminosa (2), dell’elemento ottico (8) e a contatto della faccia (11) interna dell’elemento ottico (8).
14. 14. Apparecchio di illuminazione secondo una delle rivendicazioni precedenti, comprendente un foglio diffusore (25), realizzato in un materiale polimerico permeabile alla luce e diffondente, per esempio un film di policarbonato, che è accoppiato o affacciato all’elemento ottico (8).