ФАРА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 1995 года по МПК F21M3/00 

Изобретение относится к светотехнике, конкретно к фарам ближнего света с европейским светораспределением, предназначенным для механических транспортных средств (автомобилей, мотоциклов, мопедов, тракторов).

Особенность светораспределения ближнего света европейского типа состоит в том, что при освещении контрольного экрана, расположенного перпендикулярно оптической оси фары и отстоящего от нее на расстоянии 25 м, наблюдается ярко выраженная граница между светлой и темной частями экрана (светотеневая граница). Последняя имеет прямой горизонтальный участок слева от центра и наклоненный под углом 15^о к горизонту участок справа от центра экрана. При этом соответствующие Правила Европейской Экономической Комиссии ООН и национальные стандарты предписывают определенные минимально допустимые значения освещенности контрольного экрана ниже светотеневой границы и максимально допустимые значения освещенности выше светотеневой границы.

Известна фара ближнего света, содержащая сложный многосекторный отражатель с общей оптической осью (бифокаль- ный) с несовпадающими вершинами образующих его параболоидных частей с равными фокусными расстояниями, с границей раздела между частями отражателя, соответствующей по форме светотеневой границе формируемого светового пучка, и дополнительными параболоидными элементами в обеих частях отражателя, фокусы которых соответственно совмещены с фокальными точками верхней и нижней частей отражателя так, что концы ветвей дополнительных параболоидных элементов лежат в плоскости светового отверстия, источник света с цилиндрическим светящим телом, расположенным между фокальными точками и приподнятым в радиальном направлении вверх на высоту равную радиусу основания светящего тела, рассеиватель [1] Недостатки такого устройства заключаются в следующем: несовпадение вершин верхней и нижней параболоидных частей отражателя, формирующих светотеневую границу, приводит к тому, что раздел между этими частями образуется в виде уступов; уступы являются очагами деформаций и утяжек, поэтому отражатель практически невозможно точно воспроизвести ни штамповкой из металлической лампы, ни литьем под давлением из пластмассы. Наконец, уступы являются источниками переотражений света и создают паразитные засветки в пучке выше светотеневой границы.

Известна фара ближнего света со смещенной концентрацией интенсивности, содержащая сложный многосекторный отражатель с общей оптической осью, имеющий два сектора, обладающих формой параболоидов вращения, расположенных симметрично относительно оптической оси и ограниченных двумя меридиональными плоскостями: одной горизонтальной, а другой, составляющей с первой угол, равный углу подъема правой части светотеневой границы пучка ближнего света; лампу с цилиндрическим светящим телом, расположенным вдоль оптической оси и приподнятым в радиальном направлении на высоту, равную радиусу основания светящего тела; рассеиватель, расположенный впереди от отражателя по ходу лучей с двумя прозрачными зонами, соответствующими параболоидным секторам отражателя и пропускающими свет без рассеяния. В этой конструкции параболоидные сектора имеют различные фокусные расстояния, но их фокальные точки расположены на оптической оси с разных сторон и на одинаковом расстоянии от центра тела накала, непосредственно под телом накала. Кроме того, отражатель содержит еще четыре зоны, которые плавно, без разрывов сопрягаются с параболоидными секторами. Эти зоны имеют форму параболоидов с переменными фокусными расстояниями и отражают свет по направлениям ниже светотеневой границы [2] Недостатки данной конструкции заключаются в том, что пучок формируется с асимметричным смещением в одну сторону, например вправо, при этом горизонтальная ширина пучка получается недостаточной, а корректировать пучки, формируемые параболоидными секторами отражателя нельзя из-за того, что тело накала накрывает фокальные точки и формируются пучки света, не подлежащие ни переносу, ни рассеянию (именно по этой причине соответствующие зоны рассеивателя выполняются гладкими, без линзовых или призматических элементов); так как параболоидные сектора имеют разные фокусные расстояния, то сопрягаемые с ними зоны параболоидов с переменными фокусными расстояниями в верхней и нижней частях отражателя стыкуются с разрывом, что отрицательно сказывается на технологичности изделия.

Техническая задача состоит в повышении качества освещения путем создания более симметричного пучка света, а также в повышении технологичности изготовления изделия благодаря созданию плавной, без границ между зонами, поверхности отражателя.

Поставленная задача решается тем, что в известной фаре транспортного средства, содержащей сложный многосекторный отражатель с общей оптической осью, источник света с цилиндрическим светящим телом, установленным вдоль оптической оси и приподнятым вверх на расстояние, равное радиусу основания светящего тела, а также рассеиватель, согласно изобретению, поверхности секторов отражателя выполнены в виде эллиптических парабо- лоидов, описываемых уравнением
Z +
(1) где x, y, z значения координат точек поверхности отражателя в прямоугольной системе координат;
f_h фокусное расстояние параболы в горизонтальном сечении эллиптического параболоида;
f_v фокусное расстояние параболы в вертикальном сечении эллиптического параболоида;
с параметр, который может принимать значения от 80 до 100;
α угол вращения поверхности относительно оптической оси, причем сектора, формирующие часть светового пучка с наклонной светотеневой границей, повернуты относительно оптической оси на угол α, равный углу наклона светотеневой границы к горизонту, при этом значение параметра f_h выбирают одинаковым для всех секторов, а фокус F_h располагают ближе к началу светящего тела.

Кроме того, источник света расположен повернутым на 90^о относительно оптической оси.

Кроме того, значение параметра с выбрано равным или свыше 1000.

На фиг. 1 схематично изображено вертикальное сечение фары ближнего света; на фиг. 2 вид спереди отражателя фары; на фиг. 3, 4, 5, 6 отображения световых пучков (в виде совокупности следов элементарных отображений тела накала) на вертикальном контрольном экране, отстоящем от фары на расстоянии 25 м, от секторов отражателя.

Фара транспортного средства (фиг. 1) содержит источник света лампу накаливания (например, типа Н1) с телом накала 1, расположенным вдоль оптической оси OZ; отражатель 2, рассеиватель 3. В описываемой конструкции тело накала представляет собой свитый из спирали цилиндр, сдвинутый вертикально вверх на высоту радиуса. Оптическая ось OZ касается тела накала снизу. Такой сдвиг необходим для обеспечения резкости светотеневой границы. Отражатель 2 (фиг. 2) состоит из четырех секторов 4, 5, 6, 7. Секторы условно ограничены меридиональными плоскостями ZOS, ZOT, ZOX и ZOT'. При этом плоскость ZOS составляет с горизонтальной плоскостью ZOX угол α, соответствующий углу наклона светотеневой границы, плоскость ZOT составляет с вертикальной плоскостью ZOY угол равный α/2. Форма отражающей поверхности сектора 4 является эллиптическим параболоидом и описывается уравнением (1), в котором параметр α= 15^о; f_h фокусное расстояние параболы, образуемой при сечении поверхности плоскостью ZOS (если отложить это расстояние от начала системы координат О вдоль оптической оси OZ, то получим положение фокусной точки F_h, которая должна располагаться в начале тела накала на первом-третьем спираль- ных витках); f_v фокусное расстояние параболы, образуемой при сечении поверхности плоскостью ZOU, перпендикулярной плоскости ZOS (если отложить это расстояние от начала системы координат О вдоль оптической оси OZ, то получим положение фокусной точки F_vu, которая должна распола- гаться по отношению к точке О ближе тела накала).

Форма отражающей поверхности сектора 5 является эллиптическим параболоидом и описывается уравнением (1), в котором параметр α=15^о; f_h фокусное расстояние параболы, образуемой при сечении поверхности плоскостью ZOS; f_v фокусное расстояние параболы, образуемой при сечении поверхности плоскостью ZOU перпендикулярной плоскости ZOS (если отложить это расстояние от начала системы координат О вдоль оптической оси OZ, то получим положение фокусной точки F_vl, которая должна располагаться по отношению к точке О дальше тела накала).

Форма отражающей поверхности сектора 6 является эллиптическим параболоидом и описывается уравнением (1), в котором параметр α=0; f_h фокусное расстояние параболы, образуемой при сечении поверхности плоскостью ZOX; f_v фокусное расстояние параболы, образуемой при сечении поверхности плоскостью ZOY (если отложить это расстояние от начала системы координат О вдоль оптической оси ОZ, то получим положение фокусной точки F_vl, которая должна располагаться по отношению к точке О дальше тела накала).

Форма отражающей поверхности сектора 7 является эллиптическим параболоидом и описывается уравнением (1), в котором параметр α=0; f_h фокусное расстояние параболы, образуемой при сечении поверхности плоскостью ZOX; f_v фокусное расстояние параболы, образуемой при сечении поверхности плоскостью ZOY (если отложить это расстояние от начала системы координат О вдоль оптической оси OZ, то получим положение фокусной точки F_vu, которая должна располагаться по отношению к точке О ближе тела накала).

Моделирование работы эллиптического параболоида на ЭВМ показало, что параметр с может принимать значения от 80 до 100 и свыше 1000, при этом секторы отражателя обладают необходимыми для формирования светового пучка свойствами. Для всех секторов 4-7 отражателя параметр f_h одинаков, а точка фокуса F_h расположена в начале светящего тела. Сектора 4 и 7 имеют равные центральные углы и равные параметры f_vu. При этих условиях сектора 4 и 7 сопрягаются в сечении ZOT плавно, без разрывов. Сектора 5 и 6 имеют равные центральные углы и равные параметры f_vl. При этих условиях сектора 5 и 6 сопрягаются в сечении ZOT' также плавно и без разрывов. Сектор 4 формирует правую часть светового пучка фары с резкой светотеневой границей, поднимающейся над горизонтом под углом 15^о. Структура светового пучка сектора 4 показана на фиг. 3. Сектор 5 также формирует правую часть светового пучка фары с резкой светотеневой границей, поднимающейся над горизонтом под углом 15^о. Структура светового пучка сектора 5 показана на фиг. 4. Сектор 6 формирует левую часть светового пучка фары с горизонтальной светотеневой границей. Структура светового пучка сектора 6 показана на фиг. 5. Сектор 7 формирует левую часть светового пучка фары с горизонтальной светотеневой границей. Структура светового пучка сектора 7 показана на фиг. 6.

В совокупности секторы 4-7 формируют пучок ближнего света со светотеневой границей требуемой формы. Пучок нуждается лишь в незначительной корректировке и некотором расширении в горизонтальном направлении, что осуществляется рассеи- вателем.

При использовании в качестве источника света лампы накаливания типа Н1 возникает задача устранения паразитных засветок, обусловленных бликами, возникающими в колбе лампы в месте перехода к цоколю. Простым и эффективным способом устранения таких засветок является поворот лампы относительно оптической оси OZ на угол 90^о. В этом случае лучи, вызывающие засветки, будут падать на верхнюю и нижнюю ограничивающие плоскости отражателя и на рабочие поверхности отражателя, прилегающие к вертикальной плоскости XOY, и затем рассеиваться далеко вне телесного угла, соответствующего полезному пучку фары.

Использование: в фарах ближнего света с европейским светораспределителем, предназначенным для механических транспортных средств / автомобилей, мотоциклов, мопедов, тракторов/. Сущность: в известной фаре транспортного средства, содержащей сложный многосекторный отражатель с общей оптической осью, источник света с цилиндрическим светящим телом, установленным вдоль оптической оси и приподнятым вверх на расстояние, равное радиусу основания светящего тела, а также рассеиватель, поверхности секторов отражателя выполнены в виде эллиптических параболоидов, описываемых уравнением в описании. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. ФАРА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, содержащая сложный многосекторный отражатель с общей оптической осью, источник света с цилиндрическим светящим телом, установленным вдоль оптической оси и приподнятым вверх на расстояние, равное радиусу основания светящего тела, рассеиватель, отличающаяся тем, что поверхности секторов отражателя выполнены в виде эллиптических параболоидов, описываемых уравнением

где x, y, z значения координат точек поверхности отражателя в прямоугольной системе координат;
f_n фокусное расстояние параболы в горизонтальном сечении эллиптического параболоида;
f_v фокусное расстояние параболы в вертикальном сечении эллиптического параболоида;
c параметр, который может принимать значения 80 100;
α угол вращения поверхности относительно оптической оси,
причем сектора, формирующие часть светового пучка с наклонной светотеневой границей, повернуты относительно оптической оси на угол a, равный углу наклона светотеневой границы к горизонту, при этом значение параметра f_n выбрано одинаковым для всех секторов, а фокус F_h расположен ближе к началу светящего тела. 2. Фара по п.1, отличающаяся тем, что источник света повернут относительно оптической оси на угол 90^o. 3. Фара по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что значение параметра c ≥ 1000.