Прибор прожекторного типа

 

Изобретение относится к конструкции прибора прожекторного типа и может быть использовано в световой сигнализации для устройств с пониженным уровнем слепимости. 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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

4!.!со г!

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4299780/12 (22) 18.08.87 (46) 30.11,92. Бюл. N 44 (71) Научно-исследовательский и экспериментальный институт автотракторного электрооборудования и автоприборов (72) Е. Ф, Решетин (56) Авторское свидетельство СССР

N 1170218, кл. F 21 М 1/00, 1983. (54) ПРИБОР ПРОЖЕКТОРНОГО ТИПА (57) Изобретение относится к конструкции прибора прожекторного типа и может быть использовано в световой сигнализации для устройств с пониженным уровнем слепимости. Цель изобретения — повышен КПД,, ЯЦ,„, 1778433 А1 (я)5 F 21 М 1/00, F 21 0 1/00 путем уменьшения потерь светового потока.

Прибор содержит облучатель, оптическая ось QQ, которого проходит под углом к его

I оси симметрии 00 . освещающий (вдоль оси (QQ ) без потерь светового потока, источниI ки вторичного направленного (вдоль оси

00) излучения, выполненные в виде отраI жательных призм 4 на общей несущей поверхности 5, проходящей под углом ф к оси

QQ, меньшим чем к оси 00 (угол p) так, что ! выходные отверстия призм 4 разделены неизлучающими участками 9, снижающими среднегабаритную (слепящую) яркость прожектора без уменьшения его силы света.

2 3, и. ф-лы, 7 ил.

1778433

Ь sin

sin (+

sin ф

Ь/а =1—

50 тящих граней 8, совокупность которых образует световое отверстие прибора.

Проекции отверстий 8 по обратному хо-. 55

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 катадиоптрических 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

GO, а оптическая ось QQ — под углом ! т > 30 к ней. Система призм 4 на общей несущей поверхности 5 является выходным оптическим элементом прибора, Призмы 4 полного внутреннего отражения в виде катадиоптрических колец (варианты профиля по фиг. 2 — 5) — источники вторичного направленного вдоль оси 00 излучения, вы-! полненные на задней стороне несущей конической поверхности 5, образующей с осью прибора угол р, не менее чем вдвое превышающий угол ф образуемый поверхностью 5 с осью QQ. При этом

I ф = p — g. Рабочая грань 6 полного внутреннего отражения призмы 4 образует одинаковый угол P =у/2 +ф со входной преломляющей гранью 7 и выходной преломляющей 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 сведу лучей 11 целиком перекрывают выходную апертуру линзы 3 (световое отверстие облучателя). Это достигается тем, что дистанция

Р между смежными призмами 4 не превы5

35 шает величины bsib p /sin ф где b — ширина рабочей зоны входной грани 7. Для исключения потерь света, связанных с виньетированием, выбирается где — угловая расходимость лучей облучателя в меридиональной плоскости, обусловленная неточечностью источника света 2.

Неизлучающие промежутки 9 (а следовательно, и ширина отверстий 8 и дистанция р между ними) должны быть достаточно малы, 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 (P =45 ). При этом 30 ( у < 90, p = (у + 90 )/2. ф = 90 — ср, Отношение ширины Ь рабочей зоны к полной ширине а грани 7 равно

Данный вариант показан на фиг. 2.

Входная грань 7 может быть задействована полностью (Ь/а=1), когда преломленные ею лучи идут внутри призмы 4 параллельно выходной грани 8 (вариант по фиг. 3). Это достигается лишь при выполнении соотношения

tgp sinф=cosф — 1/и, где и — показатель преломления материала выходного оптического элемента (например, п риф = 70, ф= 6,8,у= 63.2, P = 38,4 ).

Вариант с плоской несущей поверхностью 5, когда конус вырождается в плоскость, показан на фиг. 4. Здесь у > 60: P = 90 — у/2; ф = 90 — у .

Несущая поверхность 5 может проходить к оси 00 под углом p > 90 . Если при этом и угол g 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 проходит под углом р к оси прибора на величину, большую чем выходные грани 8, как это показано на фиг. 5, и для призматического угла Р справедлива более общая формула

1778433

10

20

30

40

50

В схеме по фиг, 5 угол у между осями облучателя и прибора может достичь 110" и более, если показатель преломления n=1,5 и более; при этом грани 7 и 8 призм 4 параллельны осям 00 и QG соответственно

I I (4 =Ф)

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 углами. В этом случае использование указанных соотношений для величин ф, /3, р 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

t прибора. Передняя сторона несущего слоя

5 содержит чередующиеся грани 7 и 8, перпендикулярные и параллельные оси QQ coI ответственно; тыльная его сторона образована чередующимися гранями 6 и 9, проходящими под углом 45 и параллельно оси QQ соответственно. Грани 7 — входные

1 преломляющие грани призм 4. Зоны граней

8, расположенные против отражательных граней 6 (если смотреть вдоль оси 00 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

00), однако он может не обеспечивать неI обходимой 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 среднегабаритной яркости по площади выходного отверстия прибора. Световое отверстие пр.,— бора по фиг. 6, 7 вытянуто вдоль оси облучателя и имеет эллиптическую или прямоугольную форму, Возможно использование вместо коллиматора кольцевой линзы и кольцевых граней 6 — 9 с круглым, кэк у прибора по фиг. 1, световым отверстием, перекрытым защитным стеклом 13.

Прибор работает следующим образом.

Лучи 11 облучателя проходят через преломляющие грани 7, отражаются гранями 6 и через преломляющие грани 8 излучаются вдоль оси прибора, Среднегабаритная яркость равна яркости световых отверстий 8, умноженной на отношение суммарной площади этих отверстий к общей площади выходного оптического элемента 5. Таким образом, оптимальный выбор указанного 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, Использование оптических схем фиг. 1, 6 в светосигнальных приборах позволяет снизить среднегабаритную (слепящую на малых расстояниях в темное врел я суток) яркость беэ ухудшения видимости их с дальних расстояний, так как сила света не только не уменьшается, но в устройствах с кольцевым облучателем даже увеличивается зэ счет увеличения общей площади световых отверстий (пропорционально диаметру катадиоптрических колец) по сравнению с площадью выходного зрачка облучателя при незначительном (за счет френелевских потерь) снижении локальной яркости отверстий. Яркость внешней засветки снижается как за счет светопоглощающего экрана (фиг.

1), так и относительного (по сравнению с бликующей площадью облучателя) увеличения поглощающей поверхности корпуса.

Первый фактор снижает среднегабаритную яркость засветки пропорционально снижению слепящей яркости полезного сигнала, второй — локальную яркость засветки через отверстия. Таким образом, контрастность сигналов в дневное время также не только сохраняется, но и может быть увеличена.

Использование в приборе несущего слоя по фиг. 6, 7 из слабо окрашенного л атериала позволяет улучшить цветовой контраст, так как полезные лучи проходят внутри выходного оптического элемента такой конструкции значительный путь и приобретают большую цветовую насыщенность, чем лучи засветки, Кроме светосигнэльных устпойств изобретение может использоваться в освети1778433 тельных прожекторах, предназначенных для интенсивного освещения людей с близкого расстояния, например, в театральных студиях, с целью предотвращения ослепленияя, В осветител ьн ых и роже кто рах (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 приэм 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 меридионального сечения облучателя под углом, не превышающим половины ее угла, образуемого несущей поверхностью с осью прибора.

5 2. Прибор по и, 1, отл ич а ю щий с я тем, что оптический элемент и облучатель имеют круглосимметричную форму, при этом облучатель выполнен в виде кольцевой собирающей линзы с источником света, не10 сущая поверхность имеет коническую форму, а призмы полного внутреннего отражения выполнены в виде катадиоптрических колец, входная и выходная грани каждого из которых размещены на противо15 положных сторонах выходного оптического элемента.

3. Прибор по и. 1, отличающийся тем, что облучатель выполнен в виде коллиматора, его оптическая ось ориентирована

20 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

25 с ними угол 45О, а остальные участки несущей поверхности параллельны оси облучателя.

1 778433

Составитель В,Балякин

Техред М.Моргентал Корректор З.Салко

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. У:кгород. ул.Гага;..:,ы. 101

Заказ 4178 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при Гt HT СССР

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