Оптический цельнопрессованный элемент фонаря Советский патент 1987 года по МПК F21V5/00 

кой силы линзы 4 и формы отражателя 2. Конфигурация несущего слоя и профиль призматических элементов 5,6,7 обеспечивают.возможность прессования оптического элемента в виде отдельной (цельнопрессованной) детали.

1

Изобретение относится, к светотехнике и может быть использовано в качестве оптического элемента - коллиматора в осветительных и светосигнальных приборах, например в автотранспортных фонарях.

Цель изобретения - повышение К11Д при сохранении технологичности изготовления оптического элемента фонаря.

На фиг. I изображен профиль оптического злемейта фонаря с коническим отражателем; на фиг. 2 - профиль оптического элемента с параболоидным отражателем; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг, 2; на фиг, 4 - разрез Б-Б на фиг . 2.

Оптический элемент (фиг., 1) представляет собой монолитную цельнопрес- сованную деталь из прозрачнсЯй пластмассы или стекла произвольного цвета на общем несущем слое которой выполнены соосные (ось 00) выпуклый (при виде спереди) преломлятель I и окаймляющий его вогнутый отражатель 2, рассчитанные относительно некоторого фокуса F на оси 00 - точки размещения источника света, Преломлятель 1 имеет угол охвата ф свыше 180° и состоит из собирающих линз - дисковой 3 и кольцевой 4, передний край которой совпадает с внешним диаметром линзы 3, а задний - с внутренним диаметром отражателя 2, Для уменьшения толщины линзы 3 и 4 содержат диоптические кольца Френеля 5 и 6 соответственно, отражатель 2 состоит из призматических колец 7 полного внутреннего отражения (ката- диоптрических),

Линза 3 соосна с общей осью 00 оптического элемента и предназначена для уменьшения расходимости луВ связи с тем, что отражатель 2 выполнен в виде элемента полного внутреннего отражения, устройство не требует нанесения зеркального покрытия на его рабочую поверхность, 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

чей, исходящих из точки F, относительно этой оси. Профиль кольцевой линзы 4 в меридиональной плоскости

имеет оптическую ось . FQ, проходящую под углом ср к оси 00 порядка 60 - 90°, Линза 4 предназначена для концентрации падающего на нее из точки F излучения на отражателе 2, Если

расстояние FQ равно фокусному расстоянию линзы 4, т.е. лучи, исходящие из точки F, после преломления линзой 4, параллельны конической поверхности, образуемой вращением оси

FQ относительно оси 00, то несущий слой отражателя 2 имеет форму буковой поверхности усеченного конуса с углом конусности 1//2, Катадиоптри- ческие кольца 7 представляют в профиль равнобедренные треугольники, основания которых примыкают к несущему слою, задняя поверхность которого является для колец 7 поверхностью ПОЛНОГО внутреннего отражения, Боковые стороны треугольников образуют входные и выходные преломляющие грани колец 7 и составляют с основанием угол у/2- f, где с лежит в пределах, определяемых соотношением:

O tStf . °

п -1 COS (//2 - sin(sin(r/2

С) .

где п - показатель преломления.

Левая часть неравенства (1) диктуется технологическими соображениями; формующие части пресс-формы не должны иметь отрицательных уклонов,

Правая часть неравенства (1) является следствием требования, чтобы угол падения лучей на отражающую грань колец 7 был больше угла полного внутреннего отражения. ,Цля уменьшения потерь излучения на стыках колец комендуется следующее значение ны h несущего слоя:

h тг

7 ретолщи5trr f - tgrtG(V/2-rf),

(2)

где Y С//2 - tf + arcsin

.---( n

угол падения лучей на отражающую

грань колец 7;

S - ширина колец 7.

При и выполнении соотношения (2) потери света между смежными кольцами 7 исключаются полностью. При ° (и ) потери исключаются при любой несущего слоя h, требования формулы (2) () в этом случае излишни.

Связь толщины несущего слоя пре- ломлятеля 1 с размерами диоптрических колец Френеля 5 и 6 менее жесткая и выбирается лишь из соображений прочности и светофильтрующих свойств цветного оптического элемента. Для исключения отрицательных уклонов кольца 6 передней (от оси FQ) части кольцевой линзы 4 должны быть выпол- нены с внутренней, а задней части - с внешней стороны несущего 1лоя линзы с соответствующим изменением знака кривизны несущего слоя, при этом нормали N и К к преломляющим поверхностям колец 6 образуют с осью FQ угол меньший (9Q° - if.

В области сочленения отражателя 2 с преломлятелем 1 может быть выполнено катадиоптрическое кольцо 8,профиль которого отличается от профиля колец 7 в расчете на преобразование лучей, не перекрываемых преломлятелем.

Оптический элемент в фонаре дополняется оптическим элементом 9,вы- полнякяцим роль Зсццитного стекла и рассеивателя. Центральная часть его может быть выполнена в виде- собирающей линзы, дополняющей линзу 3 до коллиматора с выходным отверстием, полностью перекрывающим осевое отверстие отражателя 2, Линза 3 может иметь нулевую оптическую силу и выполнять роль светофильтра для лучей, падающих на линзу бесцветного оптического элемента 9,

Световой поток источника, помещенного в точке F, разделяется на

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

две основные, части. Первая часть состоит из лучей 10, освещаю1цих линзу 3 и преобразуемых ею-(а также с помощью дополнительной линзы 9) в направленное излучение, параллельное оси 00, Вторая часть потока состоит из лучей 11, освещающих кольцевую линзу 4, которая направляет их под углом Lf к оси ОО , и преобразованных в направленное вдоль оси 00 излучение отражателем 2, Небольшой поток лучей 12 падает непосредственно на катади- оптрический элемент 8 отражателя 2, не преобразуясь преломлятелем 1.

Оптический элемент по фиг, 2-4 отличается от описанного тем, что отражатель 2 выполнен в форме параболоида, а периферическая часть пре- ломлятеля 1 имеет нулевую оптическую силу и выполняет фактически роль держателя дисковой линзы Френеля 3 и роль светофильтра для лучей, идущих из фокуса F на отражатель. Отражатель имеет с задней стороны несущего слоя радиально ориентированные катадиоптрические элементы 13,форма которых показана на фиг, 3 и 4, Отражающие грани 14 каждого элемента 13 образуют в каждом сечении, перпендикулярном ребру 15 их пересечения, прямой двухгранный угол полного внут реннего отражения, ребро 15 параллельно передней поверхности несущего слоя, совмещающей в себе функции входной и выходной преломляющей грани каждой призмы 13, Отражатель 2 (фиг,2-4) выгодно отличается отсутствием потерь на Френелевское отражение. Действительно, лучи 16, отраженные передней поверхностью отражателя 2, совпадают по направлению с лучами 17, отраженными гранями 14 . каждой призмы, а благодаря наличию светофильтра 4 имеют общую с ними окраску. Передняя поверхность оптического элемента гладкая, что позволяет его эксплуатировать без защитного стекла, выходное отверстие линзы 3 без дополнительной линзы перекрывает слепое отверстие отражателя 2, Небольшая конусность ( - -60 ) держателя линзы 3 задается из технологических соображений для облегчения прессования,

Форма несущего слоя предлагаемых оптических элементов, а также расположение и конструкция диоптрических

и катадиоптрических элементов 5 - 7 и 13 обеспечивают постоянный знак проекции на ось 00 нормали N в любой точке передней или задней поверхности оптического элемента (положительный для передней и отрицательный для задней), исключающий отрицательные уклоны формуемых поверхностей, что позволяет получить цельнопрессо- ванный оптический элемент с помощью простой матрицы и пуансона. Это отличает предлагаемое решение от других известных Коллиматоров, где высокий КГЩ при большом световом отверстии также обеспечивается без использования зеркальных покрытий,Кроме того, существенное преимущество коллиматора по фиг, 1 - это его небольшие осевые габариты.

Использование изобретения наиболее эффективно при массовом производстве путем прессования оптического элемента, например, для фонарей транспортных средств. Фонарь (фиг.1) с дополнительным оптическим элементом 9, выполненным из бесцветного ма териала, повьшает цветовую контрастность световых сигналов (цвет которых определяется цветом основного оптического элемента) в условиях внещней засветки, Кроме фонарей,такая схема может, быть рекомендована для использования в светофорах.

б

Формула изобретения

1,Оптический цельнопрессованный элемент фонаря, содержащий вогнутый

отражатель и выпуклый преломлятель с центральной дисковой частью и боковой частью, оптически связанной с отражателем, отличающийся

тем, что, с целью повышения КПД при сохранении технологичности, боковая часть выполнена в виде кольцевой собирающей ЛИНЗЫ, оптическая ось которой пересекает, отражатель и составляет острый угол с оптической осью элемента, при этом нормаль к йнешней поверхности кольцевой линзы в любой ее точке имеет положительную проекцию на оптическую ось элемента, а к

внутренней - отрицательную,

2,Элемент фонаря по п,1, о т л и- чающийся тем, что часть обеих поверхностей собирающей линзы выполнена в виде диоптрических колец

Френеля, причем на внешней поверхнос- ти кольца примыкают к отражателю, а на внутренней - к центральной части преломлятеля,

3,Элемент фонаря по пп,1 и 2, отличающийся тем, что

фокус кольцевой линзы лежит на оптической оси элемента, а отражатель выполнен в виде катадиоптрических колец Френеля и имеет коническую форму поверхности несущего слоя.

Фиг 2

А-4

Фиг.З

6-В

ФигЛ

Изобретение относится к конструкции оптического цельнопрессован- ного элемента фонаря и направлено на повьшение КПД при сЬхранении технологичности его изготовления. Опти- . ческий элемент фонаря состоит из выпуклого преломлятеля I и вогнутого, окаймляющего преломлятель, отражателя 2, выполненных на общем несущем слое в виде диоптрических 5,6 и ката- диоптрических 7 призматических элементов. Лучи 10, 11 источника света, размещенного в фокусе F, преобразуются в близкое к параллельному оси 00 излучение дисковой линзой 3 центральной части преломлятеля 1 и отражателем 2 соответственно, при этом на пути к отражателю 2 лучи 11 пересекают периферическую часть преломлятеля 1, образующую кольцевую линзу 4. Р Возможны различные сочетания оптичес- Ч Ри.г1

Редактор Н.Бобкова

Составитель И.Зайцев Техред И.Попович

Заказ 6214/42Тираж 466Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

Корректор С.Шекмар