ФАРА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА ПРОЕКТНОГО ТИПА Российский патент 1997 года по МПК B60Q1/04 

Изобретение относится к светотехнике, а более конкретно к конструкции автомобильных фар проекторного типа.

Известна автомобильная фара, содержащая вогнутый отражатель, источник света с цилиндрическим телом накала, расположенным вдоль и несколько ниже оптической оси отражателя и смещенным в сторону его горловины, экран с расположенной вблизи фокуса линзы кромкой, форма которой определяет форму светотеневой границы пучка фары, и линзу, формирующую изображение экрана во внешнем пространстве. Отражатель фары имеет сложную, но гладкую, без разрывов поверхность, состоящую из верхней и нижней частей. Вертикальные сечения верхней и нижней частей отражателя имеют форму эллипсов, а горизонтальные сечения имеют вначале форму эллипсов, а затем плавно переходят в параболы, оптические оси которых составляют угол с оптической осью системы. Кривые, получающиеся во всех меридиональных сечениях, имеют общую вершину и общий первый фокус. Линза является плосковыпуклой, и поэтому обладает достаточно высокими сферической и хроматической аберрациями. Для устранения негативных влияний аберраций часть линзы вверху и внизу перекрыта непрозрачными дополнительными экранами (патент Чехословакии N 275184, F 21 M 3/08, 1980).

Недостатки такого технического решения заключаются в том, что световой поток равномерно распределен в достаточно большом телесном угле, что не позволяет обеспечить высокой концентрации света в средней зоне пучка. Плосковыпуклая линза обладает сравнительно большим фокусным расстоянием, а значит невысокой светосилой. Все это приводит к увеличению глубины фары в целом, что также, как правило, нежелательно. Вынужденное экранирование линзы для уменьшения влияния сферической и хроматической аберраций снижает интенсивность светового пучка во всех направлениях.

Ближайшим аналогом предложенного является фара транспортного средства проекторного типа, содержащая вогнутый отражатель с общим для всех меридиональных сечений положением внутреннего фокуса и общей вершиной, выполненный из двух частей, в верхней части которого эксцентриситет эллипсов возрастает от вертикального сечения к горизонтальному сечению, а нижняя часть выполнена с сектором, имеющим форму эллипсоида вращения, источник света с цилиндрическим телом накала, расположенным вдоль и ниже оптической оси отражателя и смещенным в сторону его горловины, линзу и экран с кромкой, расположенной вблизи фокуса линзы и определяющей своей формой форму светотеневой границы пучка света фары (DE, патент ФРГ N 3305347, F 21 M 3/08, 1984).

Недостатком такой конструкции является то, что поверхность отражателя имеет разрывы в местах перехода от эллипсоида вращения к эллипсоиду с переменным эксцентриситетом. Такой отражатель нетехнологичен, его невозможно изготовить методом штамповки из металлического листа, а можно лишь отлить из термостойкой пластмассы.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении качества освещения путем создания фары с пучком света интенсивным в центре и достаточно широким в горизонтальном сечении, в повышении технологичности изделия, благодаря выполнению поверхности отражателя без разрывов, а также в снижении глубины фары за счет использования двояковыпуклой линзы с меньшим фокусным расстоянием.

Поставленная цель достигается тем, что в фаре транспортного средства проекторного типа, содержащей вогнутый отражатель с общим для всех меридиональных сечений положением внутреннего фокуса и общей вершиной, выполненной из двух частей, в верхней части которого эксцентриситет эллипсов возрастает от вертикального сечения к горизонтальному сечению, а нижняя часть выполнена с сектором, имеющим форму эллипсоида вращения, источник света с цилиндрическим телом накала, расположенным вдоль и ниже оптической оси отражателя и смещенным в сторону его горловины, линзу и экран с кромкой, расположенной вблизи фокуса линзы и определяющей своей формой форму светотеневой границы пучка света фары, поверхность отражателя выполнена в виде совокупности сопряженных секторов эллипсоидов, описываемых уравнениями:

где

r_Φψ величина радиуса-вектора, соединяющего фокальную точку с точкой на поверхности отражателя; f фокусное расстояние отражателя; v и ψ полярный и азимутальный углы, характеризующие положение точки поверхности отражателя в сферической системе координат с центром в фокальной точке; x, y, z - координаты точки поверхности отражателя в прямоугольной системе координат с центром в вершине отражателя; e_n эксцентриситет эллипса в горизонтальном сечении; ε_v эксцентриситет эллипса в вертикальном сечении; ε_ψ - эксцентриситет эллипса в меридиональном сечении, характеризуемом азимутальным углом j. При этом эксцентриситеты эллипсов в вертикальном сечении для верхней и нижней частей отражателя различны, а для сопряжений верхней части отражателя с переменным эксцентриситетом и нижней с сектором, имеющим форму эллипсоида вращения, используются секторы с поверхностями, в которых эксцентриситет в вертикальном сечении определяется условием

где β угол между вертикальной плоскостью и меридиональной плоскостью ограничивающей снизу сопрягающий сектор;
e_n эксцентриситет эллипса в горизонтальном сечении верхней части отражателя;
эксцентриситет эллипса в вертикальном сечении нижнего сектора, имеющего форму эллипсоида вращения,
а также тем, что экран выполнен частично светопропускающим с коэффициентом пропускания τ 0,01, а часть экрана выполнена светящейся отраженным светом со стороны, обращенной к линзе, экран выполнен из тонкой металлической пластины с большим числом равномерно расположенных отверстий малого диаметра и "молочного" стекла и тем, что верхняя часть отражателя выполнена с поверхностью, вертикальное сечение которой представляет собой профиль в виде эллипса с постоянным эксцентриситетом на начальном участке и с возрастающим на периферии для смещения внешнего фокуса за кромку экрана.

На фиг.1 показаны прямоугольная и сферическая системы координат, в которых задается поверхность отражателя; на фиг.2 схематично изображено вертикальное сечение фары; на фиг.3 схематично изображено горизонтальное сечение фары; на фиг. 4 схематично изображен вид спереди отражателя фары; на фиг.5 схематично изображено профильное сечение фары, а также вид сверху и фронтальный вид экрана; на фиг.6 схематично изображено профильное сечение фары, а также вид сверху экрана.

Фара транспортного средства содержит источник света (например, лампу накаливания) с телом накала 1, отражатель 2, экран 3 и линзу-объектив 4.

В описываемой конструкции тело накала представляет собой свитый из спирали цилиндр, ось которого параллельна оптической оси OZ и смещена вниз на расстояние, равное радиусу основания цилиндра, а центр цилиндра смещен из фокуса отражателя в сторону горловины на величину, не превышающую треть длины тела накала. Такое смещение необходимо для того, чтобы большая часть светового потока проходила над диафрагмой 3 и для расширения светового пучка.

Отражатель 2 (фиг. 4) состоит из четырех секторов 5, 6, 7 и 8. Секторы условно ограничены меридиональными плоскостями XOZ, X'OZ, TOZ и SOZ. При этом плоскости TOZ и SOZ составляют с вертикальной плоскостью ZOY' равные углы.

Форма отражающей поверхности сектора 8 является эллипсоидом и описывается уравнением 1, в котором выбор фокусного расстояния определяется заданными габаритными размерами отражателя и стремлением захватить как можно больший световой поток. Эксцентриситет эллипса в вертикальном сечении выбирается таким, чтобы положение внешнего фокуса приходилось на кромку экрана 3 и при этом относительное отверстие отражателя в этом сечении (отношение высоты к расстоянию от плоскости среза до внешнего фокуса) было бы несколько меньше относительного отверстия линзы-объектива (на величину углового размера элементарного отображения тела накала). В этом случае световой пучок в вертикальном сечении не виньетируется линзой. Эксцентриситет эллипса в горизонтальном сечении выбирается таким, чтобы обеспечить заданную ширину пучка, при этом точка внешнего фокуса располагается между экраном 3 и линзой 4.

Форма отражающей поверхности сектора 5 является эллипсоидом вращения и описывается уравнением 1, в котором ε_v = ε_n. В вертикальном сечении этого сектора образуется эллипс с эксцентриситетом, отличным от эксцентриситета верхней части отражателя. Эксцентриситет выбирается таким, чтобы положение внешнего фокуса эллипса было на 5-8 мм ближе экрана 3, при этом большая часть отраженного сектором светового потока проходит над экраном 3 и попадает на линзу.

Секторы 6 и 7 осуществляют плавный без разрывов переход между секторами 8 и 5. Форма отражающих поверхностей секторов 6 и 7 также описывается уравнением 1, в котором (то есть равен эксцентриситету горизонтального сечения сектора 8), а определяется выражением
,
где β угол между меридиональными плоскостями TOZ и Y'OZ, и между SOZ и Y'OZ.

Экран 3 (фиг.5) может содержать первый слой 9 (по ходу лучей) выполнен из тонкой металлической пластины с большим числом равномерно расположенных отверстий 9 очень малого диаметра (приблизительно 0,5 мм), а второй 10 из "молочного" стекла. Плотность отверстий и пропускание "молочного" стекла подбираются таким образом, чтобы общий световой коэффициент пропускания экрана составлял приблизительно 0,01. Экран 3 (фиг.6) может представлять собой конструкцию, состоящую из двух основных элементов: непосредственно экрана 11 с кромкой, формирующей светотеневую границу, и "козырька" 12, расположенного за кромкой и светящего отраженным светом. Для освещения "козырька" 12 верхняя часть отражателя 2 выполняется таким образом, чтобы в вертикальном сечении эллиптический профиль на начальном участке характеризовался постоянным эксцентриситетом, а на периферии эксцентриситет возрастал так, чтобы положение внешнего фокуса эллипса смещалось за кромку экрана, и тем самым обеспечивалось бы освещение козырька. Необходимо отметить, что в обоих вариантах профиль кромки экрана 11 в горизонтальном сечении соответствует форме горизонтального сечения каустики линзы.

Линза-объектив 4 выполнена двояковыпуклой, при этом первая поверхность линзы (по ходу лучей) является сферической, а вторая асферической.

Изобретение относится к светотехнике, а именно к фарам транспортного средства проекторного типа. Фара содержит вогнутый отражатель со сложной формой в виде совокупности сопряженных секторов эллипсоидов с общим для всех меридиональных сечений положением внутреннего фокуса и общей вершиной, поверхности которых описываются уравнениями:

где

источник света с цилиндрическим телом накала, экран, частично пропускающий свет или светящийся отраженным светом, имеющий кромку, форма которой определяет форму светотеневой границы пучка фары, и двояковыпуклую линзу, формирующую изображение экрана во внешнем пространстве и световой пучок фары. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Фара транспортного средства проекторного типа, содержащая вогнутый отражатель с общим для всех меридиональных сечений положением внутреннего фокуса и общей вершиной, выполненной из двух частей, в верхней части которого эксцентриситет эллипсов возрастает от вертикального к горизонтальному сечению, а нижняя часть выполнена с сектором, имеющим форму эллипсоида вращения, источник света с цилиндрическим телом накала, расположенным вдоль и ниже оптической оси отражателя и смещенным в сторону его горловины, линзу и экран с кромкой, расположенной вблизи фокуса линзы и определяющей своей формой форму светотеневой границы пучка света фары, отличающаяся тем, что поверхность отражателя выполнена в виде совокупности сопряженных секторов эллипсоидов, описываемых уравнениями

где ε_ψ = ε_nε_v/(ε_vsin²ψ + ε_ncos²ψ);
x = -r_ΦψsinΦsinψ;
y = r_ΦψsinΦcosψ;
z = f-r_ΦψcosΦ;
r_Φψ- величина радиуса-вектора, соединяющего фокальную точку с точкой на поверхности отражателя;
f фокусное расстояние отражателя;
v и ψ- полярный и азимутальный углы, характеризующие положение точки на поверхности отражателя в сферической системе координат с центром в фокальной точке;
x, y, z координаты точки поверхности отражателя в прямоугольной системе координат с центром в вершине отражателя;
ε_n- эксцентриситет эллипса в горизонтальном сечении;
ε_v- эксцентриситет эллипса в вертикальном сечении;
ε_ψ- эксцентриситет эллипса в меридиональном сечении, характеризуемом азимутальным углом j.
2. Фара по п.1, отличающаяся тем, что эксцентриситеты эллипсов в вертикальном сечении для верхней и нижней частей отражателя различны. 3. Фара по п.1, отличающаяся тем, что для сопряжения верхней части отражателя с переменным эксцентриситетом и нижней с сектором, имеющим форму эллипсоида вращения, используются секторы с поверхностями, в которых эксцентриситет в вертикальном сечении определяется условием

где β - угол между вертикальной плоскостью и меридиональной плоскостью, ограничивающей снизу сопрягающий сектор;
ε_n- эксцентриситет эллипса в горизонтальном сечении верхней части отражателя;
эксцентриситет эллипса в вертикальном сечении нижнего сектора, имеющего форму эллипсоида вращения. 4. Фара по п.1, отличающаяся тем, что экран выполнен частично светопропускающим с коэффициентом пропускания τ = 0,01.
5. Фара по п.1, отличающаяся тем, что часть экрана выполнена светящейся отраженным светом со стороны, обращенной к линзе. 6. Фара по п.1, отличающаяся тем, что экран выполнен из тонкой металлической пластины с большим числом равномерно расположенных отверстий малого диаметра и "молочного" стекла. 7. Фара по п.1, отличающаяся тем, что верхняя часть отражателя выполнена с поверхностью, вертикальное сечение которой представляет собой профиль в виде эллипса с постоянным эксцентриситетом на начальном участке и с возрастающим на периферии для смещения внешнего фокуса за кромку экрана.