Оптический цельнопрессованный элемент фонаря

 

Изобретение относится к конструкции оптического цельнопрессованного 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 катадиоптрических 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

„„SU„„1361420 А1

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

1511 4 F 21 V 5/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H A8TOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4030494/24-12 (22) 28.02.86 (46) 23.12 ° 87.Бюл.11 47 (71) Научно-исследовательский и экспериментальный институт автомобильного электрооборудования и автоприборов (72) Е.Ф.Решетин (53) 628.94:621.326 (088.8) (56) Патент США У 4292664, кл. 362-120, 1981. (54) ОПТИЧЕСКИЙ ЦЕЛЬНОПРЕССОВАННЬЙ

ЭЛЕМЕНТ ФОНАРЯ (57) Изобретение относится к конструкции оптического цельнопрессованного элемента фонаря и направлено на повышение КЦЦ при сохранении технологичности его изготовления. Опти-ческий элемент фонаря состоит из выпуклого преломлятеля 1 и вогнутого, окаймляющего преломлятель, отражателя 2, выполненных на общем несущем слое в виде диоптрических 5,6 и катадиоптрических 7 призматических элементов. Лучи 10, 11 источника света, размещенного в фокусе F преобразуютI ся 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. Я

Ъ

Возможны различные сочетания оптичес1361420 кой силы линзы 4 и формы отражателя

2, Конфигурация несущего слоя и профиль призматических элементов 5ьбь7 обеспечивают. возможность прессования оптического элемента в виде отдельной (цельнопрессованной) детали.

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 КПД при сохранении технологичности изготовления оптического элемента фонаря.

На фиг. 1 изображен профиль оптического элемента фонаря с коническим отражателем; на фиг. 2 — профиль оптического эпемента 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 цельнопрессованную деталь из прозрачнс9й пластмассы или стекла произвольного цвета, на общем несущем слое которой выполнены соосные (ось 00 ) выпуклый (при виде спереди) преломлятель 1 и окаймляющий его вогнутый отражатель

2, рассчитанные относительно некоторого фокуса F на оси 00 — точки размещения источника света. Преломпятель 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 (катадиоптрических), 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 э ° п. ф-лы, 4 ил, 2 чей, исходящих иэ точки F относительно этой оси. Профиль кольцевой линзы 4 в меридиональной плоскости имеет оптическую ось . Щь проходящую под углом (p к оси 00 порядка

60 — 90 . Линза 4 предназначена для концентрации падающего на нее из точки F излучения на отражателе 2. Если !

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

15 FQ относительно осн 00, то несущий слой отражателя 2 имеет форму боковой поверхности усеченного конуса с углом конусности 4/2. Катадиоптрические кольца 7 представляют в про20. филь равнобедренные треугольники, основания которых примыкают к несущему слою, задняя поверхность которого является для колец 7 поверхностью полного внутреннего отражения. Боко2Б. вые стороны треугольников образуют входные и выходные преломляющие грани колец 7 и составляют с основанием угол 1/2- d где о лежит в пределах, определяемых соотношением:

ЗО! и — sin V/2+cos (g- cosy/2

Ос g Àь

Гп -1 сов 4/2 — ninWniny/2

ЗБ где п — показатель преломления.

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

40 Правая часть неравенства (1) является следствием требования, чтобы угол падения лучей на отражающую грань колец 7 был больше угла полного внутреннего отражения. Для уменьшения по3 1361420 4 терь излучения на стыках колец 7 ре- две основные части. Первая часть соскомендуется следующее значение толщи- тоит иэ лучей 10, освещающих линзу 3 ны h несущего слоя: и преобразуемых ею.(а также с помощью дополнительной линзы 9) в направлен(1 — tg у tp(M/2-d )), S 5 ное излучение, параллельное оси 00

/ 1g (2)

Вторая часть потока состоит из лучей

11, освещающих кольцевую линзу 4, которая направляет их под углом

I к оси 00, и преобразованных в направленное вдоль оси 00 излучение угол падения лучей на отражающую отражателем 2. Небольшой поток лучей грань колец 7;

12 падает непосредственно на катадиБ — ширина колец 7. оптрический элемент 8 отражателя 2, При / О и выполнении соотношене преобразуясь преломлятелем 1.

cos (q- g) где у= p/2 — с + arcsin п ляет его эксплуатировать без защитного стекла, выходное отверстие линзы 3 без дополнительной линзы перек" рывает "слепое" отверстие отражателя 2, Небольшая конусность (d 30—

-60 ) держателя линзы 3 задается из технологических соображений для об55 легчения прессования.

Форма несущего слоя предлагаемых оптических элементов, а также расположение и конструкция диоптрических ния (2) потери света между смежными кольцами 7 исключаются полностью.

При Ц - 90 о (и d О) потери исключаются при любой толщине несущего слоя h, требования формулы (2) (Ь-+ О) в этом случае излишни.

Связь толщины несущего слоя преломлятеля 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 Щ) части кольцевой линзы 4 должны быть выпол- . нены с внутренней, а задней части— с внешней стороны несущего слоя линзы с соответствующим изменением знака кривизны несущего слоя, при этом нормали N и N" к преломляющим поверхностям колец 6 образуют с осью

Щ угол меньший (90 — 4).

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 до" полняется оптическим элементом 9,выполняющим роль защитного стекла и рассеивателя, Центральная часть его может быть выполнена в виде. собирающей линзы, дополняющей линзу 3 до коллиматора с выходным отверстием, полностью перекрывающим осевое от-. верстие 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

Оптический элемент по фиг. 2-4 отличается от описанного тем, что отражатель 2 выполнен в форме параболоида, а периферическая часть преломлятеля 1 имеет нулевую оптическую силу и выполняет фактически роль держателя дисковой линзы Френеля 3 и роль светофильтра для лучей, идущих иэ 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 внутреннего 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 отража" теля 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 позво1361420 и катадиоптрических элементов 5

7 и 13 обеспечивают постоянный знак

I проекции на ось 00 нормали N в любой точке передней или задней поверх5 ности оптического элемента (положительный для передней и отрицательный для задней), исключающий отрицатель" ные уклоны формуемых поверхностей, что позволяет получить цельнопрессо- 10 ванный оптический элемент с помощью простой матрицы и пуансона. Это отличает предлагаемое решение от других известных Коллиматоров„ где высокий К?Щ при большом световом от- 15 верстии 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 25 транспортных средств. Фонарь,фиг.1) ( с дополнительным оптическим элементом 9, выполненным из бесцветного материала, повышает цветовую контрастность световых сигналов (цвет кото- З0 рых определяется цветом основного оптического элемента) в условиях внешней засветки. Кроме фонарей,такая схема может. быть рекомендована для использования в светофорах.

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 внешней 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 ич а ю m, è é с я тем, что часть обеих поверхностей собирающей линзы выполнена в виде диоптрических колец

Френеля, причем на внешней поверхности 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 н имеет коническую форму поверхности несущего слоя.

1361420

Составитель И.Зайцев

Техред И.Попович Корректор С.Шекмар

Редактор Н. Бобкова

Тирах 466 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Заказ 6214/42

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4