ФАРА БЛИЖНЕГО СВЕТА ТРАНСПОРТНОГО УСТРОЙСТВА Российский патент 1998 года по МПК F21M3/08 

Изобретение относится к области светотехники и может быть использовано в фарах транспортных средств. Известна фара ближнего света, содержащая;
рефлектор, состоящий из нескольких секторов, два из которых имеют форму параболоидов вращения с общей осью, расположены симметрично относительно оси фары и ограниченные двумя меридианальными плоскостями, одна горизонтальна, а другая составляет с первой плоскостью угол равный углу смещения среза пучка ближнего света на правой половине контрольного экрана, секторы в форме параболоидов имеют разные фокусные расстояния, их фокусы расположены на оси фары по одну и другую сторону от центра тела накала, остальные секторы рефлектора осуществляют непрерывную связь между секторами в форме параболоидов вращения;
лампу с продольным цилиндрическим телом накала, смещенным вверх в радиальном направлении по отношению к оси фары;
рассеиватель, размещенный перед рефлектором и перераспределяющий световой пучек в горизонтальном направлении [1]
Недостатком такой фары является, во-первых, обязательное наличие в фаре защитного стекла с оптическими элементами (рассеивателя), так как сам отражатель не обеспечивает нормируемые значения освещенности в крайних зонах светового пятна, освещающих обочины дороги, во-вторых, переход между некоторыми секторами рефлектора не является плавным, что отрицательно сказывается на оптических свойствах рефлекторов и для сохранения оптических свойств рефлектора требуется дополнительная технологическая обработка поверхности.

Введем термины, которые будем использовать в дальнейшем. Если представить себе поверхность рефлектора без слепого отверстия, то вершиной рефлектора будем называть точку пересечения поверхности рефлектора с осью фары. Задним концом тела накала будем называть конец, обращенный к вершине рефлектора. Передним концом тела накала будем называть конец, обращенный к световому отверстию рефлектора. Полупараболой будем называть одну ветвь квадратичной параболы. Если граница между секторами рефлектора лежит в меридианальной полуплоскости и является ветвью квадратичной параболы, то такую границу будем называть граничной полупараболой. Если граница между секторами лежит в меридианальной полуплоскости, расположенной под некоторым углом к вертикали, то будем говорить, что граница расположена под указанным углом. Мы будем говорить, что точка находится в окрестности некоторого конца тела накала, если эта точка ближе к указанному концу тела накала чем к другому.

Известна фара ближнего света, содержащая
рефлектор, состоящий из 4 соединенных между собой секторов с общей вершиной, каждый сектор формируется различными кривыми конических сечений, обеспечивающими гладкие переходы между секторами, с граничной полупараболой между двумя верхними секторами, имеющей фокус в окрестности заднего конца тела накала, с граничной полупараболой между двумя нижними секторами, имеющей фокус в окрестности переднего конца тела накала;
лампу с продольным цилиндрическим телом накала, возможно, смещенным вверх в радиальном направлении по отношению к оси фары;
защитное стекло, размещенное перед рефлектором и, возможно, имеющее несколько оптических элементов для небольшой коррекции светового пучка.

Четыре сектора рефлектора разделены попарно вертикальной границей, проходящей через ось фары, при этом правая пара секторов разделена горизонтальной границей, а левая пара секторов разделена границей, расположенной под горизонталью под углом равным углу смещения среза пучка ближнего света на правой половине контрольного экрана. Все границы являются ветвями парабол. Фокус граничной полупараболы, разделяющей два левых сектора, лежит в окрестности заднего конца тела накала. Фокус граничной полупараболы, разделяющей два правых сектора, лежит около середины тела накала. Левая пара секторов рефлектора обеспечивает освещение правой половины контрольного экрана, а правая пара секторов, в основном, левой половины контрольного экрана [2]
Недостатком такой фары является необходимость некоторой коррекции светового пучка с помощью оптических элементов на защитном стекле.

Предлагаемое техническое решение позволяет создать фару ближнего света, обеспечивающую максимальное использование светового потока лампы, и распределение светового потока в точном соответствии с Европейским стандартом.

При осуществлении предложенного технического решения достигается увеличение освещения дороги перед транспортным средством, обеспечивается четкость светотеневой границы слева и справа от вертикальной оси контрольного экрана, возможно уменьшение габаритов фары. В фаре, имеющей предлагаемый рефлектор, отсутствует рассеиватель, а фару можно закрыть любым защитным стеклом. Отсутствие оптических элементов на стекле фары позволит придавать защитному стеклу фары любую форму, в том числе с большим углом наклона в вертикальной плоскости, и это не скажется отрицательно на светотехнических характеристиках фары.

Для осуществления указанного технического решения необходимо и достаточно, чтобы фара транспортного средства, содержала:
рефлектор, состоящий из четырех секторов с плавными переходами между секторами, с граничной полупараболой между двумя верхними секторами, имеющей фокус в окрестности заднего конца тела накала, с граничной полупараболой между двумя нижними секторами, имеющей фокус в окрестности переднего конца тела накала;
лампу без затеняющего щитка с продольным цилиндрическим телом накала, расположенным вдоль оси фары;
защитное стекло. Фара отличается тем, что поверхности всех секторов рефлектора однотипны и получены вращением вокруг оси фары одной ветви параболы с вершиной, расположенной в вершине рефлектора, с фокусом, лежащим на оси фары, с фокусным расстоянием, являющимся функцией угла поворота ветви параболы, причем указанная функция обеспечивает существование единственной касательной плоскости в любой точке любой границы между секторами рефлектора, граница между двумя верхними секторами и граница между двумя нижними секторами отклонены вправо от вертикали, фокус граничной полупараболы, разделяющей два левых сектора, и фокус граничной полупараболы, разделяющей два правых сектора, лежат в окрестности переднего конца тела накала, граница между двумя левыми секторами горизонтальная, а граница между двумя правыми секторами имеет угол наклона, соответствующий углу смещения среза пучка ближнего света на Европейском контрольном экране. Дополнительно фара имеет следующие отличия:
поверхность рефлектора сверху и снизу ограничена горизонтальными плоскостями, а слева вертикальной плоскостью;
-тело накала лампы смещено вверх на расстояние приблизительно равное радиусу тела накала;
протяженность правой половины рефлектора больше левой;
тело накала лампы смещено влево на расстояние не превышающее половину радиуса тела накала;
в качестве функции, задающей зависимость фокусного расстояния параболы от угла поворота, используется полином не ниже третьей степени;
-для любой точки границы угол между касательной плоскостью к поверхности рефлектора, и меридианальной полуплоскостью, проходящей через эту точку, равен 90^o.

При проверке по известным источникам информации не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам предложения.

На фиг. 1 показан принцип построения поверхностей секторов рефлектора; на фиг. 2 вариант выполнения рефлектора для правостороннего движения; на фиг. 3 продольный разрез предлагаемой фары; на фиг. 4 освещенность, создаваемая предлагаемой фарой на Европейском контрольном экране.

Фиг. 1 поясняет принцип построения поверхности рефлектора. 1 - поверхность рефлектора фары. XYZ система координат, связанная с рефлектором 1 фары. 2 ось фары, совпадающая с осью Z. X и Y горизонтальная и вертикальная оси системы координат. 3 вершина рефлектора 1, совпадающая с началом координат. S некоторый сектор рефлектора 1. G1, G2 граничные полупараболы сектора S. А Ветвь квадратичной параболы (полупарабола). М - меридианальная полуплоскость, в которой лежит полупарабола A. Psi угол между полуплоскостью М и вертикальной осью (угол поворота полупараболы A). F фокус полупараболы A.

На фиг. 2 показан вариант выполнения рефлектора для правостороннего движения. Изображена проекция рефлектора на плоскость XY, 4 левый верхний сектор, 5 правый верхний сектор, 6 правый нижний сектор, 7 левый нижний сектор, 8, 9, 10 и 11 границы между секторами (проекции граничных полупарабол на плоскость XY), 12 -слепое отверстие рефлектора, 13 плоскость, ограничивающая рефлектор справа, 14 плоскость, ограничивающая рефлектор сверху, 15 -плоскость, ограничивающая рефлектор справа, 16 плоскость, ограничивающая рефлектор снизу, 17 линия пересечения поверхности рефлектора некоторой сагитальной плоскостью, 18 линия пересечения сагитальной плоскости касательной плоскостью. Левая половина экрана это часть экрана, расположенная левее оси Y, а правая половина экрана это часть экрана правее оси Y.

На фиг. 3 показан продольный разрез предлагаемой фары. Фара содержит рефлектор 1, лампу 19 с продольным цилиндрическим телом накала 20 и защитное стекло 21, 22- фокус граничной полупараболы 9, 23 фокус граничной полупараболы 10, 24 фокус граничной полупараболы 11, 25 фокус граничной полупараболы 12, 26- середина тела накала, 27 окрестность заднего конца тела накала, 28 -окрестность переднего конца тела накала.

На фиг. 4 показана картина светораспределения в изолюксах, создаваемая предлагаемой фарой, на Европейском контрольном экране. 29, 30, 31 и 32- изолюксы, соответствующие освещенности 0,7лк, 4лк, 10лк и 20лк.

Рассмотрим фиг. 1. Вершина полупараболы A находится в вершине рефлектора 1. Фокус полупараболы A находится на оси фары. Поверхность сектора S образуется при вращении полупараболы A вокруг оси фары 2 от граничной полупараболы G1 до граничной полупараболы G2. Если фокусные расстояния граничных полупарабол G1 и G2 одинаковые, то сектор S является сектором параболоида вращения. Если фокусные расстояния граничных полупарабол G1 и G2 неодинаковые, то при повороте полупараболы A от G1 до G2 фокус F перемещается от фокуса граничной полупараболы G1 до фокуса граничной полупараболы G2. При заданной функциональной зависимости между фокусным расстоянием полупараболы A и углом поворота Psi (F F(Psi)), поверхность сектора S однозначно определяется заданием углов поворота Psi1 и Psi2 граничных полупарабол G1, G2 и их фокусных расстояний F1 и F2. Для обеспечения плавного перехода между секторами функция F(Psi) должна быть дифференцируемой, должна обеспечивать выполнение равенств
F1=F(Psi1)
F2=F(Psi2)
и производная функции F(Psi) в точках Psi1 и Psi2 должна принимать заданные значения. В качестве функции F(Psi) может быть принят полином степени не ниже третьей. Для упрощения математических выкладок можно принять, что производная функции F(Psi) в точках Psi1 и Psi2 равна нулю. При этом угол между касательной плоскостью в любой точке границы между секторами и меридианальной полуплоскостью будет равен 90^o. Пересечение этой касательной плоскости с сагитальной плоскостью, проходящей через точку касания, образует линию, перпендикулярную границе (см. на фиг. 2 линия 18 и граница 10).

Например, указанными выше свойствами обладает полином P(Psi). Полином P(Psi) представлен в виде сложной функции.

P(Psi)=F1+3^*(F2-F1)^*u^*u-2^* (F2-F1)^*u^*u^*u,
где
u=(Psi-Psi1)/(Psi2-Psi1).

Принимаем, что фокусное расстояние полупараболы A задается полиномом P(Psi), т.е. F P(Psi). Очевидно, что
F1 F(Psi1)
F2 P(Psi2).

Дифференцирование полинома P(Psi) показывает, что его производная в точках Psi1 и Psi2 равна нулю.

Для предлагаемой фары фокус полупараболы, образующей поверхность рефлектора 1, будет перемещаться по оси 2 фары следующим образом (см. фиг. 2 и фиг. 3). Рассмотрим вращение полупараболы вокруг оси 2 от границы 9 в направлении часовой стрелки, если смотреть с конца оси Z. При движении по сектору 5 фокус перемещается из точки 22 в точку 23. При движении по сектору 6 фокус перемещается из точки 23 в точку 24. При движении по сектору 7 фокус перемещается из точки 24 в точку 25. При движении по сектору 4 фокус перемещается из точки 25 в точку 22.

Согласно расположению фокусов граничных парабол левая пара секторов рефлектора обеспечивает, в основном, освещение левой половины контрольного экрана, а правая пара секторов правой половины контрольного экрана.

Светораспределение, соответствующее Европейскому стандарту, достигается за счет использования при проектировании рефлектора следующих зависимостей между параметрами рефлектора и освещенностями областей и контрольных точек на контрольном экране. Освещенность точек 75 R и 50V увеличивается при отклонении границы 11 вправо от вертикали. Освещенность в зоне IV увеличивается при отклонении границы 9 вправо от вертикали. Освещенность в районе точек 75R и 50R повышается при увеличении ширины правой половины рефлектора. Четкость и прямолинейность светотеневой границы на левой половине контрольного экрана повышается при уменьшении ширины левой половины рефлектора, уменьшении верхней и нижней половин рефлектора. Отсутствие света выше светотеневой границы контрольного экрана обеспечивается при расположении фокуса граничной полупараболы 9, между вершиной 3 рефлектора 1 и задним концом тела накала. Повышение освещенности в точках 25L и 25R. обеспечивается при увеличении фокусных расстояний граничных полупарабол 8 и 10. При уменьшении фокусного расстояния параболы, образующей границу 11, улучшается освещенность района точек 75R и 50R. но ухудшается светотеневая граница.

Для увеличения освещенности в точке 75R. тело накала может быть смещено влево.

Вертикальные и горизонтальные ограничивающие плоскости 13, 14, 15 и 16 могут быть заменены на любые другие подходящие поверхности.

Выше приведено описание фары для правостороннего движения. Естественно, что для получения фары для левостороннего движения необходимо выполнить симметричное преобразование описанной фары.

Использование: в области светотехники, может быть использовано в качестве фары ближнего света транспортного средства. Сущность изобретения заключается в обеспечении увеличения освещения дороги перед транспортным средством, высокую четкость и прямолинейность светотеневой границы, возможно уменьшение габаритов фары. В фаре отсутствует рассеиватель, а фару можно закрыть любым защитным стеклом. Отсутствие оптических элементов на защитном стекле фары позволит придавать защитному стеклу фары любую форму, состоит из рефлектра, составленного из четырех секторов, являющихся однотипными поверхностями, плавно переходящими друг в друга, лампы с продольным цилиндрическим телом накала, защитного стекла без оптических элементов. Поверхности всех секторов рефлектора выполнены однотипными и получены вращением вокруг оси фары одной ветви параболы с вершиной, расположенной в вершине рефлектора, с фокусом, лежащим на оси фары. Поверхность рефлектора может быть сверху и снизу ограничена горизонтальными плоскостями, а слева - вертикальной плоскостью. Тело накала может быть смещено вверх на расстояние, приблизительно равное радиусу накала. Протяженность правой половины рефлектора может быть больше левой. Тело накала лампы может быть смещено влево на расстояние, не превышающее половину радиуса тела накала. В качестве функции, задающей зависимость фокусного расстояния параболы от угла поворота, может быть использован полином не ниже третьей степени. Для любой точки границы угол между касательной плоскостью к поверхности рефлектора и меридиальной полуплоскостью, проходящей через эту точку, может быть равен 90^o. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Фара ближнего света транспортного средства, содержащая рефлектор, состоящий из четырех секторов с плавными переходами между секторами, с граничной полупараболой между двумя верхними секторами, имеющей фокус в окрестности заднего конца тела накала, с граничной полупараболой между двумя нижними секторами, имеющей фокус в окрестности переднего конца тела накала, лампу с продольным цилиндрическим телом накала, расположенным вдоль оси фары, и защитное стекло, отличающаяся тем, что поверхности всех секторов рефлектора однотипны и получены вращением вокруг оси фары одной ветви параболы с вершиной, расположенной в вершине рефлектора, с фокусом, лежащим на оси фары, с фокусным расстоянием, являющимся функцией угла поворота ветви параболы, причем указанная функция обеспечивает существование единственной касательной плоскости в любой точке любой границы между секторами рефлектора, граница между двумя верхними секторами и граница между двумя нижними секторами отклонены вправо от вертикали, фокус граничной полупараболы, разделяющей два левых сектора, и фокус граничной полупараболы, разделяющей два правых сектора, лежат в окрестности переднего конца тела накала, граница между двумя левыми секторами горизонтальная, а граница между двумя правыми секторами имеет угол наклона, который соответствует углу смещения среза пучка ближнего света на Европейском контрольном экране. 2. Фара по п.1, отличающаяся тем, что поверхность рефлектора сверху и снизу ограничена горизонтальными плоскостями, а слева вертикальной плоскостью. 3. Фара по п.1, отличающаяся тем, что тело накала лампы смещено вверх на расстояние, приблизительно равное радиусу тела накала. 4. Фара по п. 1, отличающаяся тем, что протяженность правой половины рефлектора больше левой. 5. Фара по п.1, отличающаяся тем, что тело накала смещено влево на расстояние, не превышающее половину радиуса тела накала. 6. Фара по п.1, отличающаяся тем, что в качестве функции, задающей зависимость фокусного расстояния параболы от угла поворота, используется полином не ниже третьей степени. 7. Фара по п.1, отличающаяся тем, что для любой точки границы угол между касательной плоскостью к поверхности рефлектора, и меридиальной полуплоскостью, проходящей через эту точку, равен 90^o.