Отражатель светотехнический Советский патент 1992 года по МПК F21V7/00 

Изобретение относится к оптике и может быть использовано в световых приборах направленного действия, в частности в светосигнальных огнях транспортных средств и в светофорах.

Цель изобретения - повышение КПД отражателя путем увеличения коэффициента использования светового потока падающего на отражатель излучения при углах отражения, близких к предельному углу полного внутреннего отражения.

На фиг. 1 показан профиль отражателя и ход лучей в нем при оптимальном его использовании; на фиг. 2 - отражатель с коническим несущим слоем, использованный в контрастном фонаре; на фиг. 3 - отражатель с плоским несущим слоем, использованный для увеличения светящей поверхности и уменьшения (слепящей) среднегабаритной яркости фонаря.

Отражатель, профиль которого показан на фиг. 1, представляет собой цельнопрес- сованную деталь из прозрачной оптической пластмассы произвольного цвета, имеющую лицевую преломляющую поверхность 1 и тыльную отражающую поверхность 2. Лицевая поверхность 1 состоит из входных 3 и выходных 4 преломляющих граней, тыльная поверхность 2 - из соединительных граней 5 и граней б полного внутреннего отражения. Грани 3 и 4 поверхности 1, также как и грани 5 и 6 поверхности 2, образуют, пересекаясь, тупые вогнутые и выпуклые двугранные углы. Острый угол между гранями 5 и 4 всегда меньше, чем между гранями 5 и 3, в частности, он может быть равен нулю; острый угол между гранями 6 и 3 меньше острого угла между гранями 6 и 4.

Предпочтительны следующие варианты.

Вариант 1:грани 5 и 4 параллельны.

Вариант 2: углы г и 9удовлетворяют уравнению

fn sin (у - г)) cos ( в + г)

Јnsin(y-0)cos2(0 + J7). (1)

где п - показатель преломления материала отражателя, а параметр у, имеющий смысл угла падения (и отражения) светового луча от грани 6, если на входную грань 3 он падает параллельно выходной грани 4, лежит в пределах

45° у arcsin

1

(2)

В частности, возможен случай выбора параметра у равным предельному углу полного внутреннего отражения

у arcsin - .

(3)

Варианты 1 и 2 могут быть объединены в одном отражателе, что и отображено на

фиг. 1.

Параллельность граней 5 и А оптимальна с точки зрения просвечиваемости отражателя в лучах внешней засветки, но она может быть нарушена, например, в пользу

дополнительного уменьшения материалоемкости.

Выполнение уравнения (1) обеспечивает при освещении отражателя в направлении, параллельном выходным граням 4,

отражение от граней 3 (Френелевское) в направлении, строго параллельном лучам, претерпевшим последовательно преломление, отражение и преломление на гранях 3,

6 и 4 соответственно (угол $ на фиг, 1). При нарушении соотношений (1) и том же

направлении освещения угол f} p, но

разность(у) ) может оставаться в пределах полезного угла рассеяния прибора, в котором используется отражатель.

В частном случае показателя преломления ,5 соотношения (1) и (3) выполняются

при в 24.4° , t) 7,3° , у 41,8°.

Согласование апертур граней 3, 6, 4 определяется кроме углов rj и в взаиморасположением и относительными размерами этих граней. Рабочая зона отражающей грани 6 при освещении входной грани 3 по всей ее поверхности параллельно выходной грани 4 является основанием равнобедренного треугольника с углом 2у при вершине, расположенной на пересечении граней 3 и 4 и равна с 2tg у d, где d - высота треугольника (фиг. 1). Рабочая зона входной грани 3

(при оговоренном направлении освещения) совпадает с полной шириной грани 3 и равна а- . п / v - и : Рабочая зона выход- п cos у т )

ной грани 4 Ь а.со82() и может

составлять лишь часть общей ширины S грани 4, при этом соединительная грань 5 параллельна грани 4.

В оптимальном режиме использования, т.е. при освещении параллельно граням 4, отражатель, профиль которого удовлетворяет уравнению (1). работает следующим образом. Лучи 7 преломляются гранями 3, отражаются под углом у гранями 6 и, преломившись на гранях 4, выходят под углом р 2 (в + т}) к первоначальному направлению. В том же направлении (р идет луч 8, испытавший Френелевское отражение от грани 3, которое в силу этого не может квалифицироваться как потери.

При использовании отражателя в указанном режиме интегральный коэффициент отражения благодаря стопроцентному использованию светового потока и исключению Френелевских потерь на гранях 3 и их уменьшению на гранях 4 достигает в случае достаточно прозрачного материала 95%.

На фиг. 2 и 3 показаны схемы приборов, в которых применяется отражатель. Изображенный на фиг. 2 светосигнальный прибор с осью 00 содержит источник света 9 в его фокусе F, кольцевую собирающую линзу 10 с тем же фокусом F и оптической осью FQ, проходящей под углом р к ее оси симметрии 00 и предлагаемый отражатель 11, выполненный на коническом несущем слое так, что его выходные грани 4 параллельны оптической оси FQ линзы. Отражатель 11 направляет лучи 7 и 8 источника 9, преломленные линзой 10 и отраженные гранями 6 и 3 соответственно, параллельно оси 00 прибора. Лучи внешней засветки 12, падающие под большими углами к несущей поверхности отражателя 11, просвечивают на черный корпус 13 прибора; лучи засветки 12, падающие под малыми углами, отражаются в сторону слепого отверстия в отражателе и также поглощаются стенками корпуса 13. Таким образом, устраняется фантом-эффект и улучшается контрастность сигналов.

В приборе по фиг. 2 площадь отражателя (и выходного отверстия прибора) минимизирована тем, что ширина рабочей зоны каждой выходной грани 4 равна полной ширине этой грани. Напротив, в устройстве по фиг. 3 реализована возможность неограниченного увеличения дистанции между смежными отражающими гранями 6 путем увеличения соединительных граней 5 и нерабочих участков граней 4 без потерь на них света, чем достигается уменьшение среднегабаритной яркости выходного отверстия (совмещенного с рас- сеивателем 14) прибора по сравнению с яркостью коллиматора 10, освещающего отражатель 11. Здесь преследуется цель уменьшения слепящего действия светосигнального устройства на малых расстояниях наблюдения без ухудшения заметности сигналов с дальних расстояний. Отражатель 11 по фиг. 3 выполнен на

плоском несущем слое и имеет вид пр-мо угольной пластины, ширина которой рлпнч диаметру коллиматора 10, а длина произ вольно велика за счет граней 5. Малые приз- 5 матические углы (/ и 0) предлагаемого отражателя позволяют уменьшить блики внешней засветки (лучами 12). благодаря чему улучшается распознаваемость световых сигналов в дневное время.

0 Светотехнический отражатель объединяет в себе ряд полезных свойств, которые в известных (преимущественно катадиопт- рических) отражателях могут быть реализованы лишь по отдельности, 5высокий коэффициент отражения светового потока, что может быть использовано для увеличения КПД световых приборов;

возможность существенного увеличения поперечных размеров светового пуч0 ка, что может быть использовано для увеличения светового отверстия прибора с одновременным уменьшением его слепящей яркости без уменьшения силы света (фиг. 3);

5 просвечиваемость в лучах внешней засветки, что упрощает проектирование антифантомных световых приборов (фиг. 2, ;3);

небольшая материалоемкость на едини0 цу площади отражателя и технологичность литья из пластмассы (за счет малости выступов над средним уровнем несущего слоя) обеспечивают экономичность изделия в производстве.

5

Формула изобретения

1.Отражатель светотехнический, выполненный в виде оптического элемента из прозрачного материала, включающий лице0 вую преломляющую поверхность, состоящую из чередующихся входных и выходных- граней, образующих между собой тупые углы, и тыльную поверхность полного внутреннего отражения, отличающийся

5 тем, что, с целью увеличения КПД, тыльная поверхность отражателя выполнена ступенчатой в виде чередующихся отражающих и соединительных граней, при этом соединительные грани образуют с входны0 ми гранями угол больший, чем с выходными, а число отражающих граней совпадает с числом входных граней лицевой поверхности.

2.Отражатель по п. 1, о т л и ч а ю щ и- 5 и с я тем, что соединительные грани размещены параллельно выходным граням.

3.Отражатель по пп. 1и2,отличаю- щ и и с я тем, что углы между гранями удовлетворяют следующим уравнениям

rj и в - углы, образованные отражающими гранями с входными и выходными гранями соответственно;

у- константа, определяемая неравенст- где п - показатель преломления материала 5 вом отражателя;

n sin (у - ;)-- cos ( О -Ь ц ) ; n sln(y-0) cos2 (0-f т/),

45° у arcsln -.

у- константа, определ 5 вом

45° у arcsln -.

n

и

Изобретение относится к конструкции светотехнического отражателя и может найти применение в транспортных сигнальных огнях и светофорах. Цель изобретения - повышение КПД отражателя. Отражатель состоит из выполненных на общем несущем слое призм полного внутреннего отражения, имеет лицевую поверхность 1, образованную входными 3 и выходными 4 преломляющими гранями, и тыльную поверхность 2, образованную гранями 6 полного внутреннего отражения под углами, близкими к предельному, и соединительными гранями 5. В основном варианте конструкции отражателя и светосигнальных приборов, в которых он используется, грани 5 параллельны граням 4 и освещающим отражатель лучей 7, а грани 3 и 6 расположены таким образом, что лучи 8 Френелевского отражения лучей 7 от граней 3 параллельны основному потоку лучей 7, претерпевших последовательно преломление, отражение и преломление на гранях 3, 6 и 4 соответственно. Применение отражателя обеспечивает высокую контрастность световых сигналов в светлое время суток и отсутствие слепимости в темное время суток. 2 з. п ф-лы, 3 ил. С/) VI VI 00 N СО CRi/i.