СВЕТОВОЗВРАЩАТЕЛЬ Российский патент 1999 года по МПК G02B5/12 

Изобретение относится к области светотехники и может быть использовано в автомобильных и автодорожных световозвращающих устройствах, например, в знаках аварийной остановки. Известен (см. В.М.Скобелев. Световые приборы автомобилей и тракторов. М. , 1981 г., с. 233-236) световозвращатель из прозрачного материала, имеющий переднюю (лицевую) гладкую преломляющую поверхность и заднюю отражающую поверхность, состоящую из кубических (построенных на трех гранях куба, обращенных вогнутостью к преломляющем поверхности) световозвращающих ячеек, имеющих (в проекции на лицевую поверхность) форму правильного шестиугольника. Конструкция такого световозвращателя рассчитана на отражение света (последовательно от трех граней ячейки) в строго обратном направлении, в то время как практика использования световозвращателя требует для части лучей некоторого угла расхождения между направлениями падения и возвратного отражения света, Расхождение достигается лишь за счет статистического накопления дефектов при производстве световозвращателя: угловых ошибок между гранями кубических ячеек, нарушения чистоты и плоскостности оптических поверхностей, что приводит к потерям отраженного излучения. Необходимое отклонение углов между гранями ячейки от значения 90^o может быть специально рассчитано (см. Б.Ю. Ханок. Оптические отражатели тетраэдрического типа в активных системах. Минск, 1982, с. 9-15) и введено как конструктивный элемент, но это приводит к существенным издержкам в технологии. Также можно специально задать нарушение плоскостности граней ячеек или преломляющей поверхности, например, выполнив ее сферической (см. там же, с. 23 - 31), но такая система будет равномерно рассеивать в некотором непрерывном диапазоне углов, в том числе, нежелательных, что приводит к потерям излучения.

Известен выпускаемые фирмой TALMU (Финляндия) (см. каталог 1985 г., стр. 26-27, N 6501 SV), световозвращатель, в котором контролируемое расхождение на заданный малый угол ω достигается введением на лицевой поверхности вышеописанного световозвращателя ломаных призмовидных преломляющих участков, причем линия излома между преломляющими гранями пересекает шестиугольные проекции световозвращающих ячеек, а двухгранные углы основных изломов - тупые, близкие к 180^o - обеспечивают расхождение лучей на требуемый угол ω. Недостатком является наличие сопутствующих (неосновных) изломов, вызывающих расхождение части лучей на другие (отличные ω) углы. Это приводит к потерям излучения, что снижает коэффициент силы света (КСС) для заданного угла расхождения (КСС как функция угла ω - это отношение силы света, отраженного под углом ω, к освещенности световозвращателя падающими лучами).

Цель изобретения - улучшить видимость световозвращателя в отраженных лучах (за счет возрастания КСС) при заданном угле расхождения путем устранения возможности рассеяния света под углами, отличающимися от заданного.

Цель достигается в световозвращателе из прозрачного материала, включающем заднюю ломаную отражающую поверхность, состоящую из кубических световозвращающих ячеек, и гладкую переднюю преломляющую поверхность, включающую ломаные участки, состоящие из плоских преломляющих граней, образующих между собой тупые двухгранные углы, ребра которых (линии излома преломляющей поверхности) пересекают шестиугольные проекции (на переднюю поверхность) кубических ячеек, и отличающемся тем, что преломляющие грани выполнены по поверхности правильной шестиугольной пирамиды.

Ребра пирамиды (пирамидального ломаного участка) в проекции на ее основание (то есть на плоскость лицевой поверхности световозвращателя) параллельны сторонам проекций кубических ячеек, а вершина пирамиды совпадает с общей точкой проекции трех смежных ячеек.

Пирамида может быть усеченной (это обеспечивает технологические преимущества за счет уменьшения требовании к согласованию взаимного расположения преломляющих и отражающих элементов световозвращателя).

Пирамида может быть ограничена соосным с ней круговым цилиндром (что также обеспечивает технологические преимущества за счет упрощения пресс-формы, предназначенной для литья световозвращателей из пластмассы).

Суть заявляемого технического решения заключается в использовании следующего свойства правильной шестиугольной пирамиды: если ее высота мала по сравнению с длиной ребра, то все тупые выпуклые и вогнутые двухгранные углы ломаного пирамидального участка (углы, образуемые боковыми гранями между собой и с плоскостью оснований равны, чем и обеспечивается, что все изломы участка вызывают отклонение "возвращенных" ячейками лучей на один и тот же, заданный малый угол расхождения ω.
На фиг. 1 показана в плане часть световозвращателя, включающая пирамидальный преломляющим участок. На фиг.2, 3 даны поперечные сечения световозвращающих ячеек и ход лучей в них при наличии излома преломляющей поверхности, образуемого гранью пирамиды и гладкой частью преломляющей поверхности (фиг.2) и двумя смежными гранями пирамиды (фиг.3). На фиг. 4,5 показан преломляющий участок виде в усеченной пирамиды, ограниченной круговым цилиндром, в плане и в поперечном сечении соответственно. Световозвращатель (фиг. 1, 2, 3) представляет собой пластинку из прозрачного материала (чаще всего красного), имеющую лицевую (переднюю) преломляющую поверхность 1 и тыльную (заднюю) отражающую 2. Отражающая поверхность 2 состоит из вогнутых в сторону поверхности 1 кубических световозвращающих ячеек 3, каждая из которых построена на трех гранях 4 куба и имеет в проекции на лицевую поверхность 1 форму правильного шестиугольника, в центр которого проецируется вершина 5 ячейки.

Преломляющая поверхность 1 в целом плоская, но включает слабо ломаные (на малый угол) участки в виде выпуклых или вогнутых шестигранных углов, грани 6 которого суть грани правильной пирамиды. Смежные грани 6 образуют тупые двухгранные углы 180^o-ν, где ν - малый угол, значение которого выбрано по формуле
ν = ω/(n-1),
где ω - требуемый угол расхождения;
n - показатель преломления материала световозвращателя.

Характерны значения: n= 1,5 и ω = 1^o30', в силу чего ν - действительно малый угол: ν = 3^o. Для малых ν справедливо утверждение, что тупые двухгранные углы, образуемые боковыми гранями пирамиды с плоскостью основания, также равны 180^o-ν (с точностью до малых второго порядка). Это является предпосылкой того, что все изломы преломляющей поверхности обеспечивают отклонение светового луча на одну и ту же малую величину, а именно величину ω = ν•(n-1).
Вершина 7 шестигранного пирамидального угла в световозвращателе по фиг.1 расположена над общей (пограничной) точкой трех смежных ячеек 3, а ребра 8 пирамиды параллельны (в проекции на спрямляющую плоскость поверхности 1) шестиугольным контурам ячеек. Благодаря этому на каждую ячейку 3 приходится не более одного излома преломляющей поверхности (в противном случае возможно рассеяние части лучей на угол больший ω ). Диаметр пирамиды по фиг. 1 равен трем диаметрам ячеек, он может быть меньше и больше этой величины (во втором случае часть поверхности ячеек "возвращает" лучи не рассеивая: ω = 0).
В световозвращателе по фиг.4 ломаный участок преломляющей поверхности 1 выполнен также в виде правильной шестиугольной пирамиды, но усеченной малым шестиугольным основанием-гранью 9, параллельной гладкой части поверхности 1. Такое выполнение ломаного преломляющего участка уменьшает требования к согласованию его расположения относительно отражающих ячеек 3, именно, центр пирамиды может быть сдвинут относительно положения по фиг.1 на величину полудиаметра основания 9. Если основание 9 превышает диаметр ячейки 3, то ребра 8 могут проходить под любым углом к контурам ячеек, а положение центра пирамиды имеет скорее лишь эстетическое значение (рассеяние лучей: под углами, отличными от ω, не возможно при любом положении).

Кроме того, в световозвращателе по фиг.4 пирамида "усечена" с боков круговым цилиндром 10, обеспечивающим сочленение граней 6 с круглым основанием. Замена шестиугольного основания на круглое упрощает технологию изготовления пресс-формы для литья световозвращателя из пластмассы. Высота цилиндра 10 столь мала, что рассеяния светового потока на нем практически исключено.

Световозвращатель работает следующим образом (фиг. 2, 3, 5). Падающий на световозвращатель луч света 11 преломляется в точке 12 одной из преломляющих граней 6 или 9 или гладкой части поверхности 1 и попадает на отражающие грани 4 ячейки 3. Испытав последовательно три отражения от граней 4, луч идет внутри ячейки в обратном направлении строго параллельно падающему лучу (см. Е.Ф.Решетин. Эффективность работы уголкового световозвращателя при различных углах освещения. В сборнике "Труды ННИавтоприборов", вып. 52, М. 1982, с. 92-93), при этом точка 13 выхода луча из ячейки смещена от точки входа 12 (точки 12 и 13 симметричны относительно оси, проходящей через вершину 5 ячейки параллельно световому лучу). Если точка 13 оказывается с точкой 12 на одной преломляющей грани, то и после повторного преломления и выхода из ячейки луч 14 идеально параллелен падающему лучу 11. Если же точки 12 и 13 лежат на разных гранях двухгранного угла (180^o-ν), то параллельность их нарушается на определенный угол ω = ν•(n-1), что и требуется. Поскольку изломы преломляющей поверхности на другие углы (отличные от ν) отсутствуют, то нет и рассеяния световых лучей на углы, отличные от заданного утла расхождения ω.
Используя на одной и той же преломляющей поверхности 1 световозвращателя ломаные участки с различным пирамидальным углом ν, можно получить любое наперед заданное светораспределение световозвращателя по углам расхождения ω.
Рассеяние под заданным углом расхождения ω в заявляемом световозвращателе осуществляется в трех плоскостях (каждая из которых перпендикулярна двум преломляющим граням, включающим точки входа 12 и выхода 13 светового луча, т.е. перпендикулярна ребру одного из двухгранных преломляющих углов), образующих между собой углы, кратные 60^o. Использование такого световозвращателя наиболее эффективно в устройствах, обладающих осевой симметрией порядка 3j, где j - целое число, например в треугольных световозвращателях для прицепов и в знаках аварийной остановки.

Световозвращатель выполнен из прозрачного материала. Задняя отражающая поверхность состоит из световозвращающих ячеек, построенных на гранях куба. Передняя преломляющая поверхность включает ломаные участки в виде правильных шестиугольных пирамид малой высоты. Ребра пирамид пересекают проекции кубических ячеек на преломляющую поверхность. Технический результат заключается в том, что образованные таким образом двухгранные преломляющие углы перед ячейками обеспечивают рассеяние отраженных лучей на любой наперед заданный малый угол без потерь излучения, связанных с рассеянием на другие углы. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Световозвращатель из прозрачного материала, включающий заднюю ломаную отражающую поверхность, состоящую из кубических световозвращающих ячеек, и переднюю преломляющую поверхность, включающую ломаные участки, состоящие из плоских преломляющих граней, образующих между собой тупые двухгранные углы, ребра которых пересекают проекции кубических ячеек на переднюю поверхность, отличающийся тем, что, с целью улучшения видимости при заданных углах расхождения, преломляющие грани выполнены по поверхности правильной шестиугольной пирамиды. 2. Световозвращатель по п.1, отличающийся тем, что ребра пирамиды в проекции на основание параллельны сторонам проекций кубических ячеек, а вершина пирамиды совпадает с общей точкой проекций трех смежных ячеек. 3. Световозвращатель по п.1, отличающийся тем, что пирамида выполнена усеченной. 4. Световозвращатель по пп.1 - 3, отличающийся тем, что пирамида ограничена соосным с ней круговым цилиндром.