Световое устройство - RU2221193C2

Чертежи

Описание

Изобретение относится к световым приборам прожекторного типа и может быть использовано для создания подводных световых приборов и приборов прожекторного типа, в том числе автомобильных фар.

Известен световой прибор, описанный в заявке на изобретение РФ 98109712 "Фара для автомобилей", приоритет от 19.05.1999 г., опубл. 27.02.2000 г. Прибор содержит рефлектор, рефрактор и источник света. При этом рефлектор имеет базовую поверхность сферического, параболического, эллипсоидального или гиперболического типа и снабжен выпуклыми или вогнутыми базовыми отражательными элементами, рабочая поверхность которых выполнена в виде поверхности Безьера или же имеет вид круга или эллипса в вертикальном и горизонтальном сечениях. Кроме того, базовые отражательные элементы снабжены концентрирующими отражательными элементами, вертикальный размер которых выбран меньшим или равным вертикальному размеру базовых отражательных элементов, а их горизонтальный размер выбран меньшим или равным горизонтальному размеру базовых отражательных элементов
Данный световой прибор не позволяет получить высокую плотность светового потока в пучке, поскольку в его составе имеется только рефлектор, а с его помощью можно не возможно собирать световое излучение в пучок с диаметром меньшим, чем диаметр самого рефлектора.

Известно так же осветительное устройство, описанное в патенте РФ 2115060 "Фара для транспортных средств", приоритет от 16.12.1993 г. , опубл. 10.07.1998 г. Фара представляет собой фару проекционного типа и содержит отражатель, источник света, экран и линзу. При этом отражатель представляет собой вогнутую поверхность, имеющую форму параболоида; источник света расположен внутри этого отражателя, а линза расположена таким образом, чтобы ее оптическая ось совпадала с оптической осью отражателя, а ее фокус совпадал с фокусом этого же отражателя.

Этот световой прибор так же не позволяет концентрировать пучок вдоль его оптической оси, поскольку в нем не предусмотрено каких-либо приспособлений, позволяющих собирать световое излучение в пучок с диаметром меньшим, чем диаметр самого отражателя.

Ближайшим из известных является устройство, описанное в патенте РФ 2149307 "Световой прибор", приоритет от 11.12.1998 г., опубл. 20.05.2000 г. Устройство содержит источник света, эллипсоидный отражатель, линзовую проекционную систему, соосную оптически с эллипсоидным отражателем, расположенную между эллипсоидным отражателем и проекционной системой диафрагму-отражатель. При этом источник света расположен в геометрическом центре эллипсоидного отражателя, а сам эллипсоидный отражатель и линзовая проекционная система расположены относительно друг друга таким образом, чтобы их фокусы совпадали.

Данное устройство позволяет увеличить интенсивность светового потока в пучке за счет того, что часть излучения, идущего от светового источника в противоположную от отражателя сторону, возвращается на отражатель диафрагмой. Однако сконцентрировать этот световой поток вдоль своей оптической оси данная система не может, поскольку любая линзовая проекционная система может только коллимировать попадающий на нее световой пучок, но не сжимать его по оси.

Задачей данного изобретения является создание светового прибора, обеспечивающего сжатия светового пучка вдоль оптической оси и за счет этого значительное повышение его интенсивности.

Поставленная задача решается тем, что, как и известное, заявляемое световое устройство содержит источник света, основной отражатель с вогнутой поверхностью и линзовую проекционную систему, при этом основной отражатель с вогнутой поверхностью и линзовая проекционная система расположены оптически соосно относительно друг друга, а источник света расположен между отражателем и линзовой проекционной системой и так же на одной оптической оси с ними.

В отличие от известного в заявляемом световом устройстве между световым источником и основным отражателем установлена основная предрефлекторная собирающая линза, при этом вогнутая поверхность основного отражателя выполнена в форме шарового сегмента, источник света расположен в фокусе этого основного отражателя, а указанная основная предрефлекторная собирающая линза имеет фокусное расстояние, превышающее фокусное расстояние основного отражателя в 1,25÷2,0 раза, ее диаметр равен диаметру основного отражателя или превышает его и расположена эта линза на таком расстоянии от основного отражателя, которое не превышает половины расстояния от основного отражателя до источника света.

В заявляемом световом устройстве основная предрефлекторная собирающая линза выполнена с возможностью ее перемещения вдоль своей оптической оси. Это дает возможность производить точную оптическую настройку всего устройства и получить в результате наиболее плотный и узкий оптический пучок.

В заявляемом световом устройстве перед линзовой проекционной системой может быть установлена диафрагма, которая позволит снизить уровень той части излучения, которая не была сформирована устройством в узкий световой пучок.

В заявляемом световом устройстве могут быть установлены дополнительный отражатель с вогнутой поверхностью и другая предрефлекторная собирающая линза; при этом размеры и форма указанного дополнительного отражателя аналогичны основному отражателю с вогнутой поверхностью, но в стенке указанного дополнительного отражателя выполнено сквозное отверстие с диаметром не меньше, чем половина диаметра точечного источника света, но не превышающим диаметр этого точечного источника света более чем в два раза, причем ось этого сквозного отверстия совпадает с оптической осью дополнительного отражателя; другая же предрефлекторная собирающая линза по всем характеристикам аналогична основной предрефлекторной собирающей линзе; указанные дополнительный отражатель с вогнутой поверхностью и другая предрефлекторная собирающая линза расположены с противоположной источника света относительно основного отражателя с вогнутой поверхностью и основной двояковыпуклой линзы стороны, симметрично им и таким образом, чтобы оптические оси дополнительного отражателя с вогнутой поверхностью и другой предрефлекторной собирающей линзы совпадали с оптической осью основного отражателя с вогнутой поверхностью.

В заявляемом световом устройстве дополнительный отражатель с вогнутой поверхностью может быть расположен на таком расстоянии от основного отражателя с вогнутой поверхностью, при котором фокусы обоих отражателей будут совпадать друг с другом.

В настоящее время не известны световые устройства, в которых между источником света и отражателем установлена фокусирующая или какая-нибудь другая линза. Эта впервые установленная в заявляемом световом устройстве фокусирующая линза собирает на отражателе идущее от источника света излучение в небольшое по диаметру световое пятно. Собранное в световое пятно излучение дополнительно фокусируется отражателем на собирающую линзу в еще более узкое световое пятно, в котором световое излучение имеет довольно большую расходимость. Однако проходя из этого светового пятна через установленную перед отражателем линзу, световое излучение собирается в фокусе уже самой линзы. При этом, поскольку проходящее через предрефлекторную линзу световое излучение попадает из небольшого по диаметру светового пятна, то фокусируемое этой предрефлекторной линзой излучение имеет небольшую расходимость. Поэтому при попадании уже этого излучения на линзовую проекционную систему, установленную за световым источником, это излучение формируется указанной линзовой проекционной системой в узкий световой пучок с минимальной расходимостью. Этот узкий световой пучок к тому же сформирован из сфокусированного на отражателе излучения, поэтому он имеет высокую интенсивность, которая превышает интенсивность полученного известными устройствами излучения, по меньшей мере, в два раза, как показали проведенные нами измерения. При этом учитывалось, что установка между источником света и отражателем предрефлекторной линзы приведет к потерям излучения за счет отражения его от поверхности этой линзы. Тем не менее, и при наличии этих потерь интенсивность излучения в сформированном с помощью заявляемого устройства пучке оказывается, по меньшей мере, в два раза выше, чем при получении светового пучка другими световыми устройствами. Это объясняется тем, что эффект от фокусирующего воздействия предрефлекторной линзы оказывается более высоким, чем эффект от отражения излучения на поверхности этой линзы.

На фиг.1 показана схема светового прибора с одним отражателем и с одной предрефлекторной собирающей линзой.

На фиг.2 показана схема светового прибора с двумя отражателями и с двумя предрефлекторными собирающими линзами.

Заявляемый световой прибор содержит основной отражатель 1 с вогнутой отражающей поверхностью, выполненной в виде сегмента шара; точечный источник света 2, например электрическую лампу или дуговую свечу; линзовую проекционную систему 3; основную предрефлекторную собирающую линзу 4, которая в данном примере является двояковыпуклой и симметричной; и диафрагму 5. При этом основной отражатель 1 и линзовая проекционная система 3 расположена против друг друга и таким образом, чтобы их оптические оси совпадали друг с другом, расстояние между ними превышало фокусное расстояние отражателя 1, по меньшей мере, в 1,5 раза. Между основным отражателем 1 и линзовой проекционной системой 3 установлен точечный источник света 2. Этот точечный источник света 2 расположен на оптической оси основного отражателя 1 и его местоположения совпадает с фокусом основного отражателя 1. Между точечным источником света 2 и основным отражателем 1 установлена основная предрефлекторная собирающая линза 4, фокусное расстояние которой превышает фокусное расстояние основного отражателя в 1,25÷2,0 раза. Основная предрефлекторная собирающая линза 4 установлена таким образом, чтобы ее оптическая ось совпадала с оптической осью основного отражателя 1 и установлена она на таком расстоянии от основного отражателя 1, которое равно 0,5÷0,25 фикусного расстояния основного отражателя 1. Перед линзовой проекционной системой 3 установлена диафрагма 5, диаметр отверстия которой и расстояние до линзовой проекционной системой 3 выбираются такими, чтобы максимально снизить уровень светового излучения от источника света 2, не попавшего на основной отражатель 1.

В данном световом приборе может быть установлен дополнительный отражатель 6 (см. фиг.2). Этот дополнительный отражатель 6 имеет такую же отражающую поверхность, как и у основного отражателя 1, т.е. его поверхность имеет форму шарового сегмента с фокусным расстоянием, равным фокусному расстоянию основного отражателя 1. Однако в дополнительном отражателе 6 выполнено сквозное отверстие 7, ось которого совпадает с оптической осью этого дополнительного отражателя 6. Дополнительный отражатель 6 расположен таким образом, чтобы его оптическая ось совпадала с оптической осью основного отражателя 1, а его фокус совпадал с фокусом также основного отражателя 1. Между источником света 2 и дополнительным отражателем 6 установлена дополнительная собирающая линза 8, фокусное расстояние которой превышает фокусное расстояние дополнительного отражателя 6 в 1,25÷2,0 раза. Дополнительная собирающая линза 8 расположена таким образом, чтобы ее оптическая ось совпадала с оптической осью основного отражателя 1, а сама она находилась на таком расстоянии от дополнительного отражателя 6, которое не превышает половины расстояния от дополнительного отражателя 6 до источника света 2. Пред сквозным отверстием 7 со стороны, противоположной той, против которой расположен источник света 2, установлена линзовая проекционная система 3. Эта линзовая проекционная система 3 расположена таким образом, чтобы ее оптическая ось совпадала с оптической осью основного отражателя 1.

При наличии в устройстве только основного отражателя оно работает следующим образом (см. фиг.1.). Световое излучение от источника света 2 в рассеянном виде распространяется во все стороны. При этом часть этого светового рассеянного излучения сразу попадает на линзовую проекционную систему 3, где оно коллимируется в узкий световой пучок, а сам этот пучок передается в пространство. Другая часть этого же рассеянного светового излучения, которая идет в сторону, противоположную от основной линзовой проекционной системы 3, попадает сначала на основную предрефлекторную собирающую линзу 4. Этой основной предрефлекторной собирающей линзой 4 рассеянное световое излучение фокусируется на отражающей поверхности основного отражателя 1 в световое пятно, диаметр которого зависит от расстояния между основной предрефлекторной собирающей линзой 4 отражающей поверхностью основного отражателя 1. Световое излучение из этого светового пятна отражается основным отражателем 1 и формируется в виде сфокусированного светового пучка с фокусом, находящимся в теле основной предрефлекторной собирающей линзой 4, так как источник света 2 расположен в фокусе основного отражателя 1 по условиям конструкции данного устройства. Однако отраженное от основного отражателя 1 световое излучение из этого светового пятна попадает снова на основную предрефлекторную собирающую линзу 4. Эта основная предрефлекторная собирающая линза 4 имеет фокусное расстояние, превышающее фокусное расстояние основного отражателя 1 в 1, 25÷2,0 раза, по условиям конструкции устройства. Поэтому световое излучение, идущее от основного отражателя 1, формируется основной предрефлекторной собирающей линзой 4 в слаборасходящийся узкий световой пучок, который попадает затем на линзовую проекционную систему 3, где он дополнительно коллимируется в узкий параллельный световой пучок и затем выводится в пространство. При этом, как показывают результаты испытаний, интенсивность этого светового пучка превышает, по меньшей мере, в 2 раза интенсивность светового пучка, получаемого при отсутствии основной предрефлекторной собирающей линзой 4 при всех прочих параметрах светового устройства. Если же в данном устройстве будет установлена диафрагма 5, то она отсечет ту часть светового излучения, которая не сформирована основным отражателем 1 основной предрефлекторной собирающей линзой 4 в узкий световой пучок, и таким образом повысит контрастность выходящего из линзовой проекционной системы 3 светового пучка.

При наличии в световом приборе дополнительного отражателя 6 с дополнительной собирающей линзой 8 (см. фиг. 2) он работает следующим образом. Световое излучение от источника света 2 в рассеянном виде распространяется во все стороны. При этом часть этого светового рассеянного излучения попадает на основной отражатель 1 с основной предрефлекторной собирающей линзой 4 и формируется в слаборасходящийся узкий световой пучок, как показано выше. Попадая на дополнительную собирающую линзу 8, этот слаборасходящийся узкий световой пучок дополнительно фокусируется этой линзой 8 и через сквозное отверстие 7 попадает на линзовую проекционную систему 3, где оно формируется в параллельный световой пучок и выводится в пространство. При этом сама дополнительная собирающая линза 8 в данном случае работает как часть линзовой проекционной системы 3 и после нее световое излучение попадает на эту линзовую проекционную систему 3 уже сформированное в узкий световой пучок со слабой расходимостью, поэтому в линзовой проекционной системе 3 он будет формироваться в узкий параллельный световой пучок более высокого качества, нежели при всех других случаях его получения. Другая часть светового излучения, идущая от источника света 2 в сторону, противоположную от основного отражателя 1, попадает на дополнительную собирающую линзу 8 и после нее - на дополнительный отражатель 6. Дополнительная собирающая линза 8 фокусирует попадающее на нее излучение и формирует его в световое пятно на поверхности дополнительного отражателя 6. При это часть излучения из светового пятна проходит через сквозное отверстие 7 и попадает на линзовую проекционную систему 3, но поскольку диаметр сквозного отверстия 7 является небольшим, световой поток, проходящий через него, имеет невысокую расходимость, формируется на этой линзовой проекционной системе 3 в пучок небольшого диаметра и в самой линзовой проекционной системе 3 он поэтому формируется в узкий параллельный пучок. Та часть светового излучения, которая не попала в сквозное отверстие 7, дополнительным отражателем 6 на дополнительную собирающую линзу 8, где это световое излучение снова фокусируется и затем попадает на основную предрефлекторную собирающую линзу 4. Этой основной предрефлекторной собирающей линзой 4 световое излучение снова фокусируется и собирается на поверхности основного отражателя 1 в световое пятно, диаметр которого не превышает диаметра светового пятна, сформированного этой же основной предрефлекторной собирающей линзой 4 при прохождении через нее светового излучения, идущего непосредственно от светового источника 2. Далее процесс формирования светового пучка при отражении светового излучения из этого светового пятна происходит так же, как это было описано выше. В целом же на линзовую проекционную систему 3 попадает световое излучение, идущее от светового источника 2 непосредственно на дополнительную собирающую линзу 8, идущее от светового источника 2 на основной отражатель 1 с основной предрефлекторной собирающей линзой 4, и идущее от светового источника 2 дополнительный отражатель 6 с дополнительной собирающей линзой 8. При этом все эти потоки излучения складываются в один поток с приблизительно одинаковыми диаметром и расходимостью и дополнительно формируются в одной и той же линзовой проекционной системе 3, поэтому на выходе из этой линзовой проекционной системы 3 формируется световой пучок с суммарной интенсивностью от всех перечисленных световых потоков и с очень низкой расходимостью. Как показывают результаты испытаний, интенсивность этого светового пучка превышает, по меньшей мере, в 3÷4 раза интенсивность светового пучка, получаемого в известных световых устройствах при одинаковых световых характеристиках светового источника.

Реферат

Изобретение относится к световым приборам прожекторного типа и может быть использовано для создания подводных световых приборов и приборов прожекторного типа, в том числе автомобильных фар. Техническим результатом является повышение интенсивности светового пучка. Устройство содержит источник света, основной отражатель с вогнутой поверхностью и линзовую проекционную систему, при этом основной отражатель с вогнутой поверхностью и линзовая проекционная система расположены оптически соосно относительно друг друга, а источник света расположен между отражателем и линзовой проекционной системой и так же на одной оптической оси с ними. Кроме того, между световым источником и основным отражателем в нем установлена основная предрефлекторная собирающая линза, при этом вогнутая поверхность основного отражателя выполнена в форме шарового сегмента, источник света расположен в фокусе этого основного отражателя, а указанная основная предрефлекторная собирающая линза имеет фокусное расстояние, превышающее фокусное расстояние основного отражателя в 1,25÷2,0 раза, ее диаметр равен диаметру основного отражателя или превышает его и расположена эта линза на таком расстоянии от основного отражателя, которое не превышает половины расстояния от основного отражателя до источника света. 4 з.п.ф-лы, 2 ил.

Формула