ЛАМПОВАЯ АРМАТУРА Российский патент 1995 года по МПК F21M3/00 

Изобретение относится к ламповой арматуре и в особенности касается фары транспортного средства или противотуманной фары.

В фарах транспортных средств общепринятой практикой является применение рефлектора в виде параболоида и установка лампы накаливания так, что нить накала, дающая ближний или встречный свет, расположена впереди фокальной точки параболического рефлектора. Это дает сходящийся луч света после отражения от поверхности рефлектора. Внутри лампы предусмотрен экран, расположенный ниже нити накала, который заслоняет свет от нити, предотвращая таким образом отражение света от большей части нижней половины рефлектора. Вследствие расположения нити накала перед фокусом диаграмма излучения перевернута, а без такого экрана свет отражался бы вверх от нижней части рефлектора, ослепляя при этом водителей встречного транспорта. Экран снижает общий КПД лампы, так как часть выпускаемого света практически теряется.

Известны способы повышения КПД, использующие сложные формы рефлектора, в котором различные его части имеют различные фокусные расстояния. Однако в таких рефлекторах обычно так располагают части рефлектора, что их фокусы в основном совпадают, а нить накала ближнего света расположена впереди совпадающих фокусов. Такие рефлекторы сложной формы должны выполняться с большой точностью и используются участки ступенчатой формы между различными участками. Такие ступенчатые участки могут давать нежелательные отражения, особенно, когда поверхность рефлектора покрыта лаком, что обычно делается, чтобы защитить отражающую пленку.

Еще один недостаток такой арматуры заключается в том, что сама нить накала должна поддерживаться внутри колбы лампы и поддерживающий элемент, близкий к фокусу, может дать изображения, где требуется резкая отсечка луча.

Дополнительно для фар транспортных средств необходимо предусматривать использование различных ламп с различными конструкциями экрана нити накала в зависимости от требований к свету фар в стране, в которой ламповая арматура предназначена для использования. Это зависит также от стороны дороги, по которой должно двигаться транспортное средство. Добавочно требуются лампы различной конструкции для противотуманных фар или управляемых прожекторов.

Предложена ламповая арматура, содержащая рефлектор, имеющий фокус, средства для поддержания источника света в заданном положении относительно указанного фокуса и прозрачный линзовый элемент, расположенный так, что отраженный свет от источника света проходит через него, в которой указанные поддерживающие средства приспособлены для удержания источника света сзади фокуса, там нет экрана между источником света и используемой поверхностью рефлектора, а прозрачный линзовый элемент имеет одну или более призм, которые приспособлены для изменения вниз направления лучей света, направленных вверх после отражения от верхней части поверхности рефлектора.

В одном исполнении прозрачный линзовый элемент имеет одну или более призм, установленных для получения асимметричного отреза диаграммы излучения в соответствии с действующими требованиями к освещению ЕСЕ для ближнего света фар. Такой асимметричный срез имеет горизонтальную часть и наклонную вверх часть для определения точки центрального изгиба. Эта точка центрального изгиба используется для направления луча и точно определена потому, что расположение всего источника света сзади фокуса дает расходящийся луч.

В другом исполнении прозрачный линзовый элемент имеет одну или более призм для изменения диаграммы излучения так, чтобы удовлетворять требованиям SAE в США на ближний свет фар.

Использовать ламповую арматуру можно с обычным рефлектором и источником света в сборе лишь изменением конструкции прозрачного линзового элемента. В случае прозрачного линзового элемента для требований ЕСЕ фара может быть модифицирована в зависимости от направления движения (правостороннее или левостороннее) для конкретной страны всего лишь боковым переворачиванием единой конструкции прозрачного линзового элемента. Под требованиями ЕСЕ нужно понимать, что сторона горизонтального среза диаграмм направленности, откуда простирается направленная вверх часть среза, зависит от направления движения в данной стране. Линзовый элемент может определять форму передней поверхности ламповой арматуры, если неровная часть находится с внутренней стороны линзового элемента так, чтобы наружная была гладкой и удобной для чистки, три фары сзади переднего ее стекла. В некоторых случаях это желательно, например, тогда, когда конструкция автомашины требует использования переднего стекла с большим углом наклона относительно вертикали, а также желательно для фар по ЕСЕ для ближнего света там, где направление движения по дороге определяет расположение линзового элемента так, чтобы линзы/призмы находились на внешней стороне стекла.

Так как весь источник света находится позади фокуса рефлектора, получается расходящийся луч света со сравнительно ровным распределением света на всей поверхности линзового элемента, при этом отсутствует излишний нагрев частей прозрачного линзового элемента. Таким образом, возможна точная прессовка прозрачного линзового элемента из пластмассы вместо использования более жаропрочного материала, например стекла, известного своей неподатливостью точной прессовке. Таким образом, такой линзовый элемент позволяет получить луч с резким отрезом диаграммы направленности без использования экрана между источником света и рефлектором.

Размещение всего источника света сзади фокуса означает также то, что и ножки (которые также испускают свет), используемые для поддержки источника света, находятся в положении, которое лучше вписывается в конструкцию оптической части прозрачного линзового элемента, используемого по данному изобретению.

Источник света обычно имеет вид нити накала на поддерживающих ножках внутри стеклянной колбы, он может быть с кварцевым стеклом, галогенного типа и съемно установлен в ламподержателе арматуры. Источник света может быть "лучевой" нитью накала с так называемым "запечатанным лучом", в котором нить накала без колбы установлена на поддерживающих ножках прямо в рефлекторе, который герметично закрыт после заполнения газом (азот) для предотвращения окисления нити накала при работе.

В предложенной ламповой арматуре, которая предназначена для ближнего света, в областях прозрачного линзового элемента, которые лежат выше горизонтальной медиальной плоскости лампы, предпочтительно преломлять световые лучи в направлении вниз с увеличением преломления по направлению вверх от медиальной плоскости.

Изобретение также касается ламповой арматуры, включающей указанный источник света, установленный позади фокуса и без экрана, предотвращающего прохождение света на нижнюю часть рефлектора. Однако источник света снабжен обычным экраном так называемого верхнего света, который предотвращает попадания прямого света от лампы на прозрачный линзовый элемент.

Рефлектор может иметь форму параболоида более сложную форму, например тело вращения той части эллипса, которая находится вблизи внутреннего фокуса между большой и малой осями эллипса, причем вращение производится относительно оси, которая пересекает эллипс между указанной областью и большой осью эллипса и которая проходит через указанный внутренний фокус (далее такой рефлектор будет называться просто "расходящийся эллипсоидный рефлектор"). Расходящийся эллипсоидный рефлектор имеет одну точку внутреннего фокуса и бесконечное число внешних фокальных точек, расположенных на окружности во внешней фокальной плоскости. С источником света, расположенным сразу сзади внутреннего фокуса в расходящемся эллипсоидном рефлекторе, лучи света от источника, которые были отражены от рефлектора, являются расходящимися. Угол между указанной большой осью эллипса и осью вращения указанной области может быть до 1^о и обычно составляет примерно 0,5^о. Фокусное расстояние эллипса может быть таким, что внешние фокальные точки находятся на расстоянии 25 м от линзового элемента так, что отраженный свет сфокулирован в плоскости, в которой делаются необходимые фотометрические измерения соответственно требованиям ЕСЕ для диаграммы излучения ближнего света. Для ламп, которые должны соответствовать требованиям, фокусное расстояние эллипса выбирается так, что внешние фокальные точки находятся на расстоянии от линзового элемента, которое удовлетворяет этим требованиям.

Также возможно применение более одного рефлектора и связанного с ними источника света указанного типа так, что каждый рефлектор и связанный с ним источник света дают соответствующую часть общей диаграммы излучения, которая требуется от ламповой арматуры. Такая конструкция считается выгодной тем, где конструкция автомашины, оборудованной ламповой арматурой, не позволяет получить требуемую диаграммы излучения от одного рефлектора с источником света.

На фиг.1 показано положение нити накала лампы в рефлекторе предложенной ламповой арматуры; на фиг. 2 радиальные изображения нити накала; на фиг.3 схематически показан эффект использования прозрачного линзового элемента, являющегося частью ламповой арматуры; на фиг.4 линзовый элемент, вид спереди; на фиг.5 общее распределение света от нижней половины рефлектора после прохождения через нижнюю половину линзового элемента; на фиг.6 общий наклон вниз и распределение света от верхней части рефлектора после прохождения верхней части прозрачного линзового элемента; на фиг.7 расходящийся эллипосоидный рефлектор; на фиг.8 часть фары в сборе; на фиг.9 линзовый элемент, используемого в ламповой арматуре по фиг.8, вид спереди; на фиг.10 схематично изображен вид другой формы линзового элемента для использования с рефлектором по фиг.7 для получения диаграммы излучения, соответствующей требованиям АЕ США для светового оборудования автомашин; на фиг.11 показано участие частей линзового элемента по фиг.10 в конечной диаграмме излучения.

Ламповая арматура (см. фиг.1-3) является автомобильной фарой, которая предназначена для создания диаграммы излучения, удовлетворяющей требованиям ЕСЕ в странах с правосторонним движением. Ламповая арматура содержит тарельчатый рефлектор 10, выполненный из термореактивной пластмассы отлитой под давлением. Тело 10 имеет внутренние параболоидные отражающие поверхности 12 с фокусом 14 и оптической осью 16, расположенными в горизонтальной медиальной плоскости тела 10. Тело 10 имеет переднее отверстие 18 и центральное заднее отверстие 20 с воротничком 22 для входа лампы. В воротничок 22 входит лампа с нитью накала 24 так, что ось ее параллельна оптической оси арматуры 16, а передний конец попадает в фокус 14. Гильза образует часть ламподержателя, а держащая лампу скоба имеет обычный вид и держит лампу так, что ее фланец прижимается к внутреннему фланцу гильзы рефлектора. Лампа снабжена экраном верхнего света, размер которого ограничен так, чтобы отраженный свет от нити накала 24 не проходил в переднее отверстие рефлектора 18. Однако в отличие от обычных ламп для фар никакого экрана снизу под нитью 24 нет. В результате этого свет от нити накала 24 попадают на нижнюю часть отражающей поверхности рефлектора 12. Под нижней частью понимается часть, находящаяся под горизонтальной медианной плоскостью тела 10.

Свет от нити накала 24, который попадает на параболоидную отражающую поверхность 12, проходит через переднее отверстие 18 и дает расходящийся круглый луч, в котором изображения нити накала расположены радиально. На фиг. 2 показано типично большое изображение нити накала 26 за счет отражения от части отражающей поверхности 12, находящейся близко к нити 24, и малое изображение нити 28, которое получается при отражении от части отражающей поверхности 12, находящейся вблизи переднего отверстия 18, т.е. сравнительно далеко от нити накала 24.

Арматура лампы по фиг.3 содержит прозрачный линзовый элемент 30, который находится перед передним отверстием 18 рефлектора. В этом исполнении линзовый элемент 30 образует прозрачную переднюю крышку фары и приклеен к кожуху фары (не показан), в котором тело рефлектора 10 установлено с возможностью регулировки света фар. Прозрачный линзовый элемент 30 прессуется из подходящего прозрачного синтетического материала, например поликарбонатной смолы. В альтернативном исполнении линзовый элемент 30 выполняется как отдельное изделие, установленное в кожухе фары, который затем закрывается отдельной стеклянной крышкой.

На фиг.4 показан элемент 30 в виде прямоугольной пластинки. На практике вертикальные боковые края элемента 30 будут закруглены в соответствии с кривизной переднего отверстия 18, которое имеет в общем прямоугольную форму с закругленными боковыми краями. Линзовый элемент 30 имеет участки А-С. Все части от А до С лежат выше горизонтальной медианной плоскости фары, эта плоскость показана пунктирной линией Р-Р на фиг.4. Если смотреть спереди арматуры, часть А лежит выше части В, которая находится выше большей половины участка С. Части А и В и та часть участка С, которая находится справа от вертикальной плоскости, в которой находится оптическая ось 16, расположены горизонтально. Часть область С, которая находится слева от указанной вертикальной плоскости, наклонена вверх под углом примерно 15^о. Части А, В и С являются призматическими участками, которые преломляют проходящий через них свет вниз. Величина преломления увеличивается от горизонтальной медианной плоскости Р-Р по направлению вверх. Часть А преломляет свет на больший угол, чем часть В, которая преломляет свет на большой угол, чем часть С. В результате свет, который проходит через части А, В и С, преломляется вниз ниже горизонтальной медианной плоскости рефлектора.

Результирующая диаграмма направленности света от части А, В и С показана на фиг. 6, где видно, что часть света, которая прошла через участок С, находится как раз под критическим верхним срезом 32 диаграммы направленности, тогда как части светового потока, прошедшие через участки В и А, находятся ниже него. Призматический участок С практически не имеет горизонтальной кривизны и поэтому не дает горизонтально расхождения. Верхний край 22 диаграммы направленности имеет горизонтальный участок 34 и наклонный вверх участок 36, простирающийся от конца участка 34. Такие участки 34 и 36 являются необходимой частью требуемой диаграммы направленности соответственно действующим требованиям ЕСЕ.

Линзовый элемент 30 (см. фиг.4) имеет горизонтальный участок Е, который простирается горизонтально и выполнен практически ровным, т.е. он не призматический и дает очень малое горизонтальное расхождение. Часть окончательной диаграммы направленности, получающаяся от прохождения света сквозь участок Е, показана соответствующим участком Е на фиг.5. Видно, что этот участок определяет важный горизонтальный участок 34. Как видно из фиг.4, участок Е верхним краем прилегает к горизонтальной медианной плоскости Р-Р. Заканчивается участок Е на вертикальной медианной плоскости рефлектора. Участок D линзового элемента 30 нижним краем согласован с участком Е, тогда как верхний край наклонен вверх и влево от оптической оси 16 под углом примерно 16^о к горизонту. Как и участок Е, участок D практически не преломляет и определяет наклоненный вверх участок 36 диаграммы направленности и важную часть луча сразу под участком 36.

Участок F линзового элемента 30 находится слева от вертикальной медианной плоскости тела рефлектора под участком D и также практически не преломляет. Нижний край участка F наклонен вниз и влево от вертикальной медианной плоскости под углом примерно 10^о к горизонтали. Этот участок дает участок F луча конечной диаграммы направленности (см. фиг.5).

Области С имеют горизонтальную кривизну линз для получения горизонтального расширения луча диаграммы направленности.

Вся суммарная диаграмма направленности луча под действием комбинации этих диаграмм показана на фиг.5 и 6. Диаграммы по фиг.5 и 6 получаются на дальности 25 м от лампы, если смотреть по лучу, именно на этом расстоянии измеряют световой поток, чтобы проверить, удовлетворяет ли диаграмма направленности стандарта ЕСЕ.

На фиг.7 показан расходящийся эллипсоидный рефлектор, который получается при вращении участка R части эллипса (показана лишь часть) с внутренним фокусом 1, внешним фокусом 0, большой осью М и малой осью . Участок R является соседним с внутренним фокусом 1 и находится на расстоянии от большой и малой осей эллипса М и соответственно на эллипсе S. Вращение производится вокруг оси Т, которая пересекает эллипс S между указанной областью R и большой осью М, которая проходит через указанный внутренний фокус 1.

Угол α между большой осью М эллипса и осью вращения Т участка R в этом исполнении равен 1/2^о. Расстояние от внутреннего фокуса внутреннее фокусное расстояние эллипса равно 29-32 мм, тогда как расстояние от внешнего фокуса составляет 25 м от линзового элемента в собранной ламповой арматуре. Получившийся расходящийся эллипсоидный рефлектор 10 (см. фиг.8) имеет один внутренний фокус 14 и бесконечное количество внешних фокусов, расположенных по кругу во внешней фокальной плоскости.

Фиг. 8 также показывает типичные изображения нити накала 24а, 24b, 24с, когда нить 24 расположена сразу позади внутреннего фокуса 14 после отражения от рефлектора 10. Типичные изображения нити накала 24а-24с проходят соответственные через части А-С линзового элемента 30, и вместе с другими изображениями нити накала, которые проходят через другие части линзового элемента 30, создают асимметричную диаграмму направленности света, подобную показанной на фиг. 5 и 6. В этом исполнении участки А, В и С имеют прогрессивные призмы, установленные для преломления луча вниз на 1/2^о + (1/2 3 1/2^o) для участка А, 1/2^o + (2 1/2^o + 5 1/2^o) для участка В и 1/2^o + (3 4 1/2^o 7^о) для участка С. Другие участки линзового элемента 30 по фиг.8 и 9 подобны участкам D-G линзового элемента по фиг.4.

На фиг. 10 и 11 изображен прозрачный линзовый элемент для использования совместно с расходящимся эллипсоидным рефлектором по фиг.7 и 8. В этом исполнении участки А-С линзового элемента 30 образованы комбинированными призмами и линзами, которые преломляют световые лучи вниз и расширяют их горизонтально так, чтобы он совпал со светом, который прошел через участки G, которые содержат линзы только для горизонтального расширения луча. Участок D имеет слабую линзу, чтобы слегка концентрировать луч в центре. Участок Е преломляет проходящие лучи слегка вниз, так, чтобы свет совпал с лучом, проходящим через участок F, который слегка расширяет луч. Участки А-Е расположены над горизонтальной медианной плоскостью рефлектора 10, в которой находится ось Т (см. фиг.7). Диаграмма направленности света, показанная на фиг.11, должна удовлетворять требованиям стандарта SAE США для ближнего света автомобильных фар.

Использование: в области транспортных средств для получения ближнего света. Устройство имеет параболоидный или расходящийся эллипсоидный рефлектор с фокусом. Нить накала лампы расположена полностью позади фокуса и не имеет заслоняющего света экрана между нитью накала и рефлектором, так что от рефлектора отражается расходящийся луч света. Линзовый элемент имеет призматические участки, которые преломляют проходящий через них свет вниз, чтобы получить требуемую диаграмму направленности света. 6 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. ЛАМПОВАЯ АРМАТУРА, содержащая рефлектор, имеющий фокус, средства для крепления источника света в заданном положении относительно фокуса и прозрачный линзовый элемент, установленный так, что свет от источника проходит сквозь него, отличающаяся тем, что, с целью повышения КПД лампы, средства крепления приспособлены для крепления источника света позади фокуса без экранирования между источником света и рефлектором, при этом прозрачный линзовый элемент снабжен по крайней мере одной призмой для направления отраженного вверх света от верхней части рефлектора вниз. 2. Арматура по п.1, отличающаяся тем, что указанные призмы, расположенные на прозрачном линзовом элементе, выполнены для формирования диаграммы направленности света, имеющей несимметричный срез, соответственно действующим требованиям ЕСЕ к установке ближнего света фар. 3. Арматура по п.1, отличающаяся тем, что указанные призмы выполнены для модификации диаграммы направленности в соответствии с требованиями АЕ США к установке ближнего света фар. 4. Арматура по п.1, отличающаяся тем, что указанные призмы выполнены для получения противотуманного луча. 5. Арматура по п. 1, отличающаяся тем, что указанные призмы, которые находятся выше горизонтальной медианной плоскости лампы, выполнены для преломления проходящего через них света вниз, причем величина преломления прогрессивно увеличивается вверх от горизонтальной медианной плоскости. 6. Арматура по пп.1 5, отличающаяся тем, что рефлектор выполнен параболоидным. 7. Арматура по пп.1 7, отличающаяся тем, что источник света, который установлен позади фокуса без экранирования, выполнен для предотвращения попадания света на нижнюю часть рефлектора, при этом арматура снабжена экраном, предотвращающим выход неотраженного света прямо из ламповой арматуры через прозрачный линзовый элемент.