Осветительные приборы

В осветительном и светосигнальном оборудовании используют при­боры, которые подразделяют на светильники и прожекторы. В светильни­ках световой поток ламп перераспределяется внутри значительных телес­ных углов. Такие приборы применяют для освещения рабочих поверх­ностей на сравнительно небольших расстояниях. В прожекторах световой поток ламп максимально концентрируется по заданному направлению, поэтому их используют для освещения удаленных объектов или для световой сигнализации.

Осветительный прибор состоит из источника света и осветительной арматуры. Эта арматура служит для перераспределения и преобразования светового потока лампы, для ее крепления и подключения к схеме пита­ния, для защиты лампы от механических повреждений и воздействий окружающей среды. Часть осветительной арматуры, состоящая из опти­ческих элементов, участвующих в преобразовании и перераспределении светового потока (отражатели, рассеиватели, защитные стекла), называют оптической системой, которая бывает отражательной, линзовой (прелом­ляющей) и смешанной. В отражательных оптических системах чаще при­меняют стеклянные или металлические параболоидные отражатели. Параболоидный отражатель представляет собой тело, образованное вращением вокруг общей оси двух парабол, создающих лицевую (по отношению к источнику света) и тыльную поверхности. Отражательной поверхностью у металлических отражателей является лицевая поверхность, а у стеклян­ных - тыльная поверхность.

Если в фокусе 0 (рис. 17.5) стеклянного отражателя параболоидной формы поместить точечный источник света, то в любой меридиональной плоскости, проходящей через ось вращения отражателя, фокальные лучи отразятся параллельно оси симметрии OZ - оптической оси. Проекцию лицевой поверхности отражателя на плоскость, перпендикулярную опти­ческой оси, называют световым отверстием. У рассматриваемого отра­жателя световое отверстие имеет форму круга.

В реальных устройствах световой луч распространяется не параллельно, а имеет коническую форму, так как в фокусе отражателя помещают источник излучения конечных размеров.

Зеркальный отражатель имеет следующие характеристики:

диаметр светового отверстия D;

глубину отражателя Н;

угол охвата отражателя - телесный угол, в пределах которого из фо­куса 0 видна вся лицевая поверхность отражателя, при графическом изображении угол охвата показывают плоским углом 2φ_мах;

световой центр - фокус 0;

фокусное расстояние f - расстояние между вершиной отражателя М ₀и фокусом 0;

угол излучения - телесный угол в пределах которого распространяется световой поток (под полезным углом излучения понимают плоский угол, в пределах которого сохраняется одна десятая часть максимальной силы света осветительного прибора);

угол рассеяния - плоский угол 2ξ.

Осветительные приборы характеризуют коэффициентами:

полезного действия светильника - отношение полезного светового по­тока Ф_ПОЛ светильника к световому потоку Ф_Л лампы, т.е. η= Ф_ПОЛ/Ф_Л;

усиления светильника - отношение максимальной силы света I _МАХ при­бора к средней сферической силе света I _СС круглосимметричной лампы, т.е. К_У = I _МАХ /I _ССгде I _СС = Ф_π/4π. Коэффициент усиления светильника показывает концентрацию светового потока в световом луче.

Реальные отражатели имеют от­клонения от идеальной формы. Если на реальный отражатель направить пучок световых лучей, параллельных оптической оси, они после отражения не соберутся в точке его теорети­ческого фокуса, потому что каждый участок отражателя имеет свой фокус. Несовпадение фокусов отдельных участков отражателя называют сфери­ческой аберрацией. Отражатели име­ют еще и продольную аберрацию, которая возникает из-за конечных размеров светящего тела. В осве­тительных приборах трудно установить центр светящего тела в фокусе отражателя. Это несовпадение фокуса отражателя с центром светящего тела расфокусировка (может быть продольной и поперечной).

Осветительные приборы состоят из оптических, электротехнических и конструктивных элементов. К оптическим элементам, кроме отража­телей, относят линзы, рассеиватели, защитные стекла, фильтры, экрани­рующие решетки. Электротехнические элементы применяют для изготов­ления коммутирующих, стабилизирующих и подводящих электрический ток устройств. В линзовых преломляющих оптических системах для пре­образования и перераспределения светового потока ставят линзы, призма­тические устройства и линзовые рассеиватели.

Яркость свечения элементов отражательных зеркальных и линзовых преломляющих оптических систем равна яркости светящего тела. Отра­жатели и рассеиватели выполняют из материалов с диффузным отраже­нием или пропусканием. Яркость свечения поверхности диффузных уст­ройств на порядок ниже яркости светящего тепла. Коэффициент полезного действия осветительных приборов с зеркальными отражателями может доходить до 0.9, а с диффузными отражателями и рассеивателями - до 0,6-0,8.