Прибор прожекторного типа Советский патент 1992 года по МПК F21M1/00 F21Q1/00 

Изобретение относится к светотехнике и может быть использовано преимущественно в световой сигнализации при различных уровнях внешней засветки (днем и ночью), например в транспортных огнях и светофорах, а также в прожекторах, предназначенных для освещения живых объектов.

Целью изобретения является повышение КПД путем уменьшения потерь светового потока в приборе.

На фиг. 1 представлена оптическая схема прибора в круглосимметричном выполнении; на фиг. 2 - 5 - профили катадиоптриче- ских колец на выходном оптическом элементе; на фиг. 6 - оптическая схема прибора с некруглосимметричным выходным оптическим элементом; на фиг. 7 - профиль выходного некруглосимметричного оптического элемента.

Прибор (фиг. 1) содержит в корпусе 1 с черными стенками круглосимметричный облучатель, состоящий из источника света 2 и кольцевой собирающей линзы 3, ось симметрии которой проходит по оси прибора 00, а оптическая ось QQ1 - под углом X 30° к ней. Система призм 4 на общей несущей поверхности 5 является выходным оптическим элементом прибора. Призмы 4 полного внутреннего отражения в виде ка- тадиоптрических колец (варианты профиля по фиг. 2 - 5) - источники вторичного направленного вдоль оси 00 излучения, выполненные на задней стороне несущей конической поверхности 5, образующей с осью прибора угол р, не менее чем вдвое превышающий угол гр, образуемый поверхностью 5 с осью QQ1. При этом ty - Рабочая грань 6 полного внутреннего отражения призмы 4 образует одинаковый угол j3 x/2+ij) со входной преломляющей гранью 7 и выходной пре- помляющей гранью 8, проходящей по внешней стороне несущей поверхности 5 (и являющейся по существу выходным отверстием вторичного источника излучения). Светящие участки 8 разделены неизлучающими промежутками 9, сквозь которые видна темная поверхность корпуса 1. Внешняя сторона несущей поверхности 5 может быть перекрыта непрозрачным (например, черным) экраном 10 с отверстиями против светящих граней 8, совокупность которых образует световое отверстие прибора.

Проекции отверстий 8 по обратному ходу лучей 11 целиком перекрывают выходную апертуру линзы 3 (световое отверстие облучателя). Это достигается тем, что дистанция Р между смежными призмами 4 не превышает величины bsiby/sin V , гдеЬ- ширина рабочей зоны входной грани 7. Для исключения потерь света, связанных с виньетированием, выбирается

р Ь

sln VHTT

где Ј - угловая расходимость лучей облуча- теля в меридиональной плоскости, обусловленная неточечностью источника света 2.

Неизлучающие промежутки 9 (а следо- вательно, и ширина отверстий 8 и дистанция р между ними) должны быть достаточно ма- лы, чтобы свет смежных отверстий 8 сливался для наблюдателя в сплошную светящую поверхность 5. В автодорожной сигнализации желательно р 5 мм.

Широкие возможности проектирования дают простые призмы с прямым углом между гранями 7 и 8 (). При этом 30°

х 90°, / (х + 90° )/2. V 90° - (р. Отношение ширины b рабочей зоны к

полной ширине а грани 7 равно

slntft

Ь/а 1 Vn2-sin2

Данный вариант показан на фиг. 2.

Входная грань 7 может быть задействована полностью (), когда преломленные ею лучи идут внутри призмы 4 параллельно выходной грани 8 (вариант по фиг. 3). Это достигается лишь при выполнении соотношения

tg p sin l cos - 1/п ,

где п - показатель преломления материала выходного оптического элемента (например, прир 70°. V 6,8°,Я 63.2°, р 38,4°). Вариант с плоской несущей поверхностью 5, когда конус вырождается в плоскость, показан на фиг. 4. Здесь

р 90° -я/2: 90°-.

0

Несущая поверхность 5 может проходить к оси ОО1 под углом р 90°. Если при этом и угол # больше прямого, то выходные грани 8 и участки 9 уже не могут проходить в одной плоскости. В этом случае касательная плоскость к несущей поверхности 5 про- ходит под углом ip к оси прибора на величину Ј, большую чем выходные грани 8. как это показано на фиг. 5, и для призматического угла /3 справедлива более общая формула

В схеме по фиг. 5 угол # между осями облучателя и прибора может достичь 110° и более, если показатель преломления ,5 и более; при этом грани 7 и 8 призм 4 параллельны осям ОО1 и QQ1 соответственно

().

Несущая поверхность 5 из соображений дизайна или компоновки может иметь более сложную, чем коническая или плоская, форму. Так, она может быть выполнена с кривизной в меридиональном сечении, т. е. иметь переменное значение р. Возможно использование линзы 3 меньшей оптической силы (фокус не совпадает с источником света 2), не обеспечивающей постоянства угла. В этом случае использование указанных соотношений для величин р, ft, p для каждой призмы 4 и соответствующего участка поверхности 5 в отдельности также позволяет рассчитать схему прибора с максимальным использованием потока источника света 2.

На фиг. 6 приведен вариант прибора, в котором облучатель выполнен в виде коллиматора. При этом несущая поверхность 5 выполнена в виде ступенчатого несущего слоя из прозрачного материала и также содержит грани 6, 7, 8 призм 4 полного внутреннего отражения, используемых в качестве источников вторичного направленного излучения. Ось облучателя QQ проходит под прямым углом к оси 00 излучения прибора. Передняя сторона несущего слоя 5 содержит чередующиеся грани 7 и 8, перпендикулярные и параллельные оси QQ соответственно; тыльная его сторона образована чередующимися гранями б и 9, проходящими под углом 45° и параллельно оси QQ1 соответственно. Грани 7 - входные преломляющие грани призм 4. Зоны граней 8, расположенные против отражательных граней 6 (если смотреть вдоль оси ОО1 прибора) - выходные преломляющие грани. Остальная (большая) часть поверхности граней 8, как и равная ей по площади поверхность граней 9, - нерабочая. На фиг. 7 показан оптимальный с точки зрения материалоемкости профиль детали 5 (толщина несущего слоя равна ширине проекции грани б на ось ОО1), однако он может не обеспечивать необходимой жесткости при малой дистанции р между гранями 6, которую легко обеспечить, если толщину слоя и размеры граней 7, 8 задавать независимо от размеров граней 6. Параметр р и ширина граней 6 могут быть весьма малыми и различными на разных участках поверхности 5, что позволяет варьировать распределение среднегаба- ритной яркости по площади выходного отверстия прибора. Световое отверстие прибора по фиг. 6, 7 вытянуто вдоль оси облучателя и имеет эллиптическую млн прямоугольную форму. Возможно использо 5 вание вместо коллиматора кольцевой линзы и кольцевых граней 6-9 с круглым, как у прибора по фиг. 1, световым отверстием, перекрытым защитным стеклом 13

Прибор работает следующим обра0 зом.

Лучи 11 облучателя проходя г через преломляющие грани 7, отражаются гранями б и через преломляющие грани 8 излучаются вдоль оси прибора. Среднегабаритная яр5 кость равна яркости световых отверстий 8, умноженной на отношение суммарной площади этих отверстий к общей площади выходного оптического элемента 5. Таким образом, оптимальный выбор указанного

0 отношения позволяет существенно снижать слепящее действие прибора. Лучи 12 внешней засветки поглощаются корпусом 1 прибора, а также при наличии экрана 10 черной передней поверхностью последнего.

5Использование оптических схем фиг. 1,

6 в светосигнальных приборах позволяет снизить среднегабаритную (слепящую на малых расстояниях в темное время суток) яркость без ухудшения видимости их с даль0 них расстояний, так как сила света не только не уменьшается, но в устройствах с кольцевым облучателем даже увеличивается за счет увеличения общей площади световых отверстий (пропорционально диаметру ка5 тадиоптрических колец) по сравнению с площадью выходного зрачка облучателя при незначительном (за счет френелевских потерь) снижении локальной яркости отверстий. Яркость внешней засветки снижается

0 как за счет светопоглощающего экрана (фиг. 1), так и относительного (по сравнению с бликующей площадью облучателя) увеличения поглощающей поверхности корпуса. Первый фактор снижает среднегабаритную

5 яркость засветки пропорционально снижению слепящей яркости полезного сигнала, второй - локальную яркость засветки через отверстия. Таким образом, контрастность сигналов в дневное время также не только

0 сохраняется, но и может быть увеличена. Использование в приборе несущего слоя по фиг. 6, 7 из слабо окрашенного материала позволяет улучшить цветовой контраст, так как полезные лучи проходят внутри выход5 ного оптического элемента такой конструкции значительный путь и приобретают большую цветовую насыщенность, чем лучи засветки,

Кроме светосигнальных устройств изобретение может использоваться в осветительных прожекторах, предназначенных для интенсивного освещения людей с близкого расстояния, например, в театральных студиях, с целью предотвращения ослепления, В осветительных прожекторах (а также в светосигнальных, но защищенных от внешней засветки) КПД может быть дополнительно увеличен за счет увеличения угла охвата источника.

Формула изобретения 1. Прибор прожекторного типа, содержащий облучатель и выходной оптический элемент, выполненный в виде несущей поверхности с множеством разделенных неизлучающими участками световых отверстий, проекции которых по обратному ходу лучей на выходное отверстие облучателя перекрывают последнее, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД путем уменьшения потерь светового потока, световые отверстия выполнены в виде призм полного внутреннего отражения, размещенных на несущей поверхности, при этом оптическая ось меридионального сечения облучателя направлена под углом к оси прибора, а несущая поверхность ориентирована к оси ме0

5

0

5

ридионального сечения облучателя под углом, не превышающим половины ее угла, образуемого несущей поверхностью с осью прибора.

2.Прибор по п. 1, отличающийся тем, что оптический элемент и облучатель имеют круглосимметричную форму, при этом облучатель выполнен в виде кольцевой собирающей линзы с источником света, несущая поверхность имеет коническую форму, а призмы полного внутреннего отражения выполнены в виде катадиоптри- ческих колец, входная и выходная грани каждого из которых размещены на противоположных сторонах выходного оптического элемента.

3.Прибор по п. 1,отличающийся тем, что облучатель выполнен в виде коллиматора, его оптическая ось ориентирована под прямым углом к оси прибора, при этом несущая поверхность имеет ступенчатый профиль, входные грани призм полного внутреннего отражения обращены в сторону облучателя, отраженные грани образуют с ними угол 45°, а остальные участки несущей поверхности параллельны оси облучателя.

Изобретение относится к конструкции прибора прожекторного типа и может быть использовано в световой сигнализации для устройств с пониженным уровнем слепимо- сти. Цель изобретения - повышение КПД путем уменьшения потерь светового потока. Прибор содержит облучатель, оптическая ось QQ , которого проходит под углом к его оси симметрии 00 , освещающий (вдоль оси (QQ1) без потерь светового потока, источники вторичного направленного (вдоль оси 00) излучения, выполненные в виде отражательных призм 4 на общей несущей поверхности 5, проходящей под углом / к оси QQ1, меньшим чем к оси 00 (угол р) так, что выходные отверстия призм 4 разделены неизлучающими участками 9, снижающими среднегабаритную (слепящую) яркость прожектора без уменьшения его силы света. 2 з. п. ф-лы, 7 ил. Ы IS3 Фиг.f

0°

а/8.2

ФиаЗ

-XZ-Јg

a