СВЕТОВОЙ ПРИБОР Российский патент 2000 года по МПК F21S8/10 F21W101/02 F21W101/04 

Изобретение относится к светотехнике, в частности к световым приборам прожекторного типа. Оно может быть использовано при разработке подводных световых приборов, а также автомобильных фар и прожекторов иных средств передвижения.

Общее требование, предъявляемое к любому световому прибору, - максимальный коэффициент полезного действия (КПД), равный отношению светового потока в формируемом световом пучке к полному световому потоку источника излучения. В ряде случаев эффективность использования светового прибора в значительной степени определяется его возможностью оперативно изменять угол формирования светового пучка (угол рассеяния), направление оси светового пучка, а также резкостью светотеневой границы заданной конфигурации на освещаемой поверхности. Для повышения надежности и увеличения срока службы ответственных световых приборов требуется резервирование источника света.

Известен световой прибор фирмы Dedolight с переменным углом формирования светового пучка (углом рассеяния), содержащий последовательно установленные сферический отражатель, источник света (нить галогенной лампы) и двухлинзовую оптическую систему. Формирование светового пучка в этом приборе осуществляется с помощью двухлинзовой оптической системы и отражателя, в центре кривизны отражающей поверхности которого расположена нить лампы. Изменение угла рассеяния светового пучка (примерно в 10 раз) осуществляется за счет одновременного перемещения вдоль оптической оси отражателя, лампы и внутренней линзы.

Из технических характеристик на прибор DL-100 следует, что его КПД уменьшается в 6 раз при изменении угла рассеяния от 40^o до 4^o что объясняется уменьшением полезного телесного угла излучателя при уменьшении угла рассеяния. Этот недостаток усугубляется тем, что переход на более узкий световой пучок обычно вызван дефицитом светового потока на освещаемой поверхности особенно при наблюдении удаленных предметов через рассеивающие среды (вода, туман и т.д.).

Сфера применения прибора DL-100 ограничена тем, что для изменения направления светового пучка необходимо поворачивать весь световой прибор с кабелями электропитания.

Кроме того, конструкция прибора не позволяет получить резкую границу формируемого светового пучка, необходимую для уменьшения помехи обратного рассеяния при наблюдении через рассеивающие среды или при создании автомобильных фар для диафрагмирования верхней части светового пучка, способного ослепить водителя встречного автомобиля. Этот недостаток особенно проявляется при малых углах рассеяния и объясняется тем, что в приборе нет ограничения светового пучка диафрагмой, расположенной в области переднего фокуса оптической системы, следующей за этой диафрагмой.

Четвертый недостаток рассматриваемого прибора связан с тем, что он не имеет резервного источника света, оперативно включаемого при выходе из строя основного.

Известен подводный световой прибор Deep-SeaLite американской фирмы Deep Sea Power & Light, конструкция которого обеспечивает три угла рассеяния формируемого светового пучка - 80^o, 60^o или 30^o - в зависимости от установленного в устройство отражателя. Однако конструкция прибора практически не позволяет оперативно изменять его угол рассеяния в связи с трудоемкостью замены отражателя.

Очевидно, что последние три недостатка предыдущего аналога в той же степени свойственны и прибору Deep-SeaLite.

Известна фара для транспортного средства (Патент FR N 2695710), содержащая источник света, подвижный отражатель и корректирующее приспособление с двигателем для управления этим отражателем. В этом устройстве изменение направления светового пучка, в частности по месту, в зависимости от изменения посадки автомобиля предложено осуществить соответствующим наклоном отражателя. Такое техническое решение может быть использовано в случае небольших углов изменения направления светового пучка, ограничиваемых как виньетированием наклонного пучка защитным стеклом, так и зазорами между подвижным отражателем и неподвижными элементами фары. Этому техническому решению присущи также два последних недостатка первого аналога.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является фара (Патент РФ N 2052707), содержащая эллипсоидный отражатель, источник света, установленный в ближнем фокусе эллипсоидного отражателя, линзовую проекционную систему, соосную с эллипсоидным отражателем, и диафрагму-отражатель, расположенную между эллипсоидным отражателем и проекционной системой. При этом диафрагма-отражатель выполнена с зеркальной отражающей поверхностью, имеющей форму тела вращения и обращенной вогнутой стороной к источнику света, а выходное окно диафрагмы служит для получения светотеневой границы определенной формы.

Описанный прототип не позволяет в процессе эксплуатации оперативно изменять угол рассеяния и направление формируемого светового пучка, что снижает его функциональные возможности
Задачей заявляемого решения является расширение функциональных возможностей устройства.

Это достигается тем, что световой прибор, содержащий эллипсоидный отражатель, источник света, установленный в ближнем фокусе эллипсоидного отражателя, линзовую проекционную систему, соосную оптически с эллипсоидным отражателем и расположенную за его дальним фокусом, расположенную между эллипсоидным отражателем и проекционной системой диафрагму-отражатель, отражающая поверхность которой обращена вогнутой стороной к источнику света, отличается тем, что проекционная система выполнена в виде набора линз, каждая из которых снабжена поворотным устройством, позволяющим смещать ее с оптической оси эллипсоидного отражателя, перед проекционной системой установлено плоское зеркало под углом 45^o к оптической оси эллипсоидного отражателя для ее излома, при этом плоское зеркало снабжено поворотным устройством, имеющим общую ось вращения с упомянутыми поворотными устройствами и позволяющим разворачивать его вокруг оптической оси эллипсоидного отражателя до ее излома совместно с любой комбинацией линз проекционной системы, установленной в ход лучей устройства. Заявленная совокупность элементов и связей позволяет достичь поставленной цели за счет установки перед проекционной системой наклонного зеркала, обеспечивающего излом оптической оси на угол 90^o, выполнения проекционной системы в виде набора линз, каждая из которых имеет возможность как разворачиваться совместно с упомянутым наклонным зеркалом вокруг оптической оси эллиптического отражателя для изменения направления светового пучка, так и автономно смещаться с оптической оси прибора и не участвовать в формировании светового пучка за счет поворота вокруг упомянутой оси вращения.

При изучении известных технических решений в данной области техники совокупность признаков, отличающих заявляемый объект, не была выявлена. Данное решение отличается от известных.

Так как заявленное решение может быть реализовано на современных материалах и элементах, то оно является промышленно применимым.

На фиг. 1-3 показаны варианты взаимного расположения компонентов прибора, поясняющие суть устройства. На фиг. 1 и 2 изображена оптическая схема предлагаемого светового прибора с различными комбинациями линз проекционной системы, установленными в ход лучей и обеспечивающими соответственно минимальный 2β_min или средний 2β₁ угол рассеяния. На фиг. 3 изображен вариант исполнения оптической схемы прибора с резервным источником света и углом рассеяния 2β₂ . На чертежах обозначено:
1 - источник света;
2 - отражатель эллипсоидный;
3 - диафрагма-отражатель;
4 - плоское зеркало:
5 - первая линза;
6 - вторая линза;
7 - защитное стекло.

Предлагаемое устройство (фиг. 1) содержит источник света 1, расположенный в ближнем фокусе F₂ эллипсоидного отражателя 2, диафрагму-отражатель 3, плоское зеркало 4, проекционную систему, состоящую, например, из двух линз 5, 6, и защитное стекло 7. Проекционная система установлена за дальним фокусом эллипсоидного отражателя F'₂, а диафрагма-отражатель 3 находится между эллипсоидным отражателем 2 и плоским зеркалом 4, установленным перед проекционной системой. Плоское зеркало обеспечивает излом оптической оси эллипсоидного отражателя на угол 90^o. Каждая из линз проекционной системы снабжена поворотным устройством (на чертежах не показано), позволяющим смещать ее с оптической оси эллипсоидного отражателя 2, расположенной после точки ее излома. Под точкой излома упомянутой оси будем понимать точку пересечения оптической оси эллипсоидного отражателя с ее продолжением, отраженным плоским зеркалом 4. Плоское зеркало снабжено поворотным устройством (на чертежах не показано), обеспечивающим его поворот вокруг оптической оси эллипсоидного отражателя совместно с линзами проекционной системы, установленными в ход лучей устройства.

Устройство работает следующим образом. Дискретное изменение угла рассеяния светового пучка, формируемого предлагаемым устройством, осуществляется изменением оптической силы проекционной системы за счет вывода из хода лучей устройства различных комбинаций линз, составляющих эту проекционную систему. Двухлинзовая проекционная система позволяет получить четыре угла рассеяния светового пучка. Оптические схемы, представленные на фиг. 1 -3, иллюстрируют изменение оптической силы комбинации линз, установленных в ход лучей, и как следствие - изменение угла рассеяния светового пучка: 2β_min (фиг. 1), 2β₁ (фиг. 2), 2β₂ (фиг. 3). Как следует из рисунков, 2β_min< 2β₂< 2β₁. Очевидно, что для получения максимального угла 2β_max из хода лучей устройства должны быть удалены обе линзы 5 и 6.

Вывод линз 5 и 6 проекционной системы из хода лучей осуществляется поворотом вокруг оптической оси эллипсоидного отражателя 2, расположенной до точки ее излома.

Изменение направления формируемого светового пучка в пределах угла 2αmax обеспечивается совместным поворотом зеркала 4 и линз проекционной системы, установленных в ход лучей устройства, вокруг оптической оси эллиптического отражателя 2, расположенной до точки ее излома. На разрезах А-А, изображенных на фиг. 1-3 штрихпунктирной линией показаны крайние положения совместно поворачиваемых зеркала 4 и линз проекционной системы, соответствующие максимальному углу изменения направления светового пучка 2α_max. Для поворота линз проекционной системы совместно с плоским зеркалом 4 может быть использовано то же поворотное устройство, которое служит для выведения этих линз из хода лучей.

Предлагаемый вариант изменения угла рассеяния позволяет достичь оптимальной компоновки и минимальных габаритов устройства, так как диафрагма-отражатель 3 выполнена в виде ряда зеркально-отражающих поверхностей, представляющих собой тела вращения, нормали к которым пересекают оптическую ось эллипсоидного отражателя в области источника света, а свободные окна (внутренние кромки отражающих поверхностей) экранируют свет, выходящий за пределы формируемого светового пучка. Такая конструкция диафрагмы-отражателя 3 позволяет освободить пространство для установки линз 5 и 6 проекционной системы, выводимых из хода лучей. Кроме того, она позволяет значительную часть светового потока, непопадающего непосредственно на эллипсоидный отражатель 2, направить через область источника света на эллипсоидный отражатель 2 для максимального увеличения КПД устройства.

Количество зон (отражающих поверхностей) диафрагмы-отражателя 3, их форма и расположение рассчитываются с учетом особенностей источника света для обеспечения заданной неравномерности освещенности и светотеневой границы на поверхности наблюдаемого объекта.

Предлагаемое устройство в варианте исполнения с резервным источником света (фиг. 3) дополнительно содержит второй источник света 1, второй эллипсоидный отражатель 2, вторую диафрагму-отражатель 3, установленные вдоль оптической оси первого эллипсоидного отражателя аналогично основному каналу и вводимые в ход лучей дополнительным поворотом плоского зеркала 4. Возможны два варианта исполнения дополнительного автономного поворота зеркала 4, предназначенного для оптического сопряжения оптической оси второго эллипсоидного отражателя с оптической осью линз проекционной системы, установленных в ход лучей устройства. В первом варианте поворотное устройство плоского зеркала 4 обеспечивает его разворот на 180^o (без линз проекционной системы) вокруг оптической оси эллипсоидного отражателя до точки ее излома, а также смещение этого зеркала вдоль упомянутой оптической оси эллипсоидного отражателя на величину, соответствующую оптическому сопряжению оптических осей второго эллипсоидного отражателя и линз проекционной системы, установленных в ход лучей устройства. В остальном принцип работы устройства с резервным и основным источниками света аналогичны.

Во втором варианте дополнительный поворот зеркала 4 на угол 180^o осуществляется поворотным устройством вокруг оптической оси эллипсоидного отражателя после точки ее излома (в ее исходном положении). В этом случае сопряжение оптических осей линз проекционной системы, установленных в ход лучей устройства, и вводимого в ход лучей эллипсоидного отражателя не нарушается.

Защитное стекло 7, выполненное сферическим с центром кривизны поверхностей, расположенным в точке излома оптической оси устройства, позволяет сократить габариты светового прибора. Сокращение габаритов устройства особенно существенно для подводного варианта исполнения, так как сферическое защитное стекло 7 имеет меньшие световые диаметры и толщину, чем плоское, выдерживающее заданное давление.

Выполнен и испытан макет предлагаемого устройства, подтвердивший эффективность изменения угла рассеяния.

Изобретение относится к светотехнике, в частности к световым приборам прожекторного типа. Оно может быть использовано при разработке подводных световых приборов, а также автомобильных фар и прожекторов иных средств передвижения. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей устройства. Это достигается тем, что устройство содержит источник света, эллипсоидный отражатель, линзовую проекционную систему, соосную оптически с эллипсоидным отражателем, расположенную между эллипсоидным отражателем и проекционной системой диафрагму-отражатель. При этом проекционная система выполнена в виде набора линз, каждая из которых снабжена поворотным устройством, позволяющим смещать ее с оптической оси эллипсоидного отражателя, а перед проекционной системой установлено плоское зеркало под углом 45° к оптической оси эллипсоидного отражателя. Плоское зеркало снабжено поворотным устройством, позволяющим разворачивать его вокруг оптической оси эллипсоидного отражателя совместно с любой комбинацией линз проекционной системы, установленной в ход лучей устройства. 5 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Световой прибор, содержащий эллипсоидный отражатель, источник света, установленный в ближнем фокусе эллипсоидного отражателя, линзовую проекционную систему, соосную оптически с эллипсоидным отражателем и расположенную за его дальним фокусом, расположенную между эллипсоидным отражателем и проекционной системой диафрагму-отражатель, отражающая поверхность которой обращена вогнутой стороной к источнику света, отличающийся тем, что проекционная система выполнена в виде набора линз, каждая из которых снабжена поворотным устройством, позволяющим смещать ее с оптической оси эллипсоидного отражателя, перед проекционной системой установлено плоское зеркало, расположенное под углом 45^o к оптической оси эллипсоидного отражателя, при этом зеркало снабжено поворотным устройством, позволяющим разворачивать его вокруг оптической оси эллипсоидного отражателя совместно с любой комбинацией линз проекционной системы, установленной в ход лучей устройства. 2. Световой прибор по п.1, отличающийся тем, что диафрагма-отражатель выполнена в виде ряда зеркально-отражающих поверхностей, представляющих собой тела вращения, нормали к которым пересекают оптическую ось эллипсоидного отражателя в области источника света. 3. Световой прибор по п.1, отличающийся тем, что в него дополнительно входят второй эллипсоидный отражатель, второй источник света, вторая диафрагма-отражатель, расположенные вдоль оптической оси первого эллипсоидного отражателя аналогично основному каналу, а поворотное устройство плоского зеркала позволяет дополнительно его разворачивать на 180^o. 4. Световой прибор по п.3, отличающийся тем, что поворотное устройство плоского зеркала обеспечивает его разворот на 180^o вокруг оптической оси эллипсоидного отражателя до точки ее излома, а также смещение вдоль упомянутой оси. 5. Световой прибор по п.3, отличающийся тем, что поворотное устройство плоского зеркала обеспечивает его разворот на 180^o вокруг оптической оси эллипсоидного отражателя после точки ее излома. 6. Световой прибор по п.1, отличающийся тем, что за проекционной системой установлено защитное стекло сферической формы с центром кривизны, расположенным в точке излома оптической оси эллипсоидного отражателя.