Прибор прожекторного типа

СООЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 778433 А 9) ( 1 51) сьлц ВИДЕТЕЛ ЬСТ АВТОРСКО) аЦ 1(ф са ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(21) 4299780/12 (22) 18.08,87 (46) 30.11,92. Бюл. ч. 44 (71) Научно-исследовательский и экспериментальный институт автотракторного электрооборудования и автоприборов (72) Е, ф, Решетин (56) Авторское свидетельство СССР )ч. 1170218, кл. Е 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 21 М 1/00, Е 21 0 1/О путем уменьшения потерь сПрибор содержит облучаось 00, которого проходиоси симметрии 00, освеща(00 ) без потерь световогоки вторичного направлен00) излучения, выполненжательных призм 4 на обверхности 5, проходящей и00, меньшим чем к оси 00выходные отверстия призмизлучающими участкамисреднегабаритную (слепящжектора без уменьшения2 3, и. ф-лы, 7 ил. ветового потока. тель, оптическая т под углом к его ющий (вдол ь оси потока, источниного (вдоль оси ные в виде отращей несущей поод углом ) к оси (угол 1/ так, что 4 разделены не, снижающими ую) яркость проего силы света.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,5 10 15 20 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 25 ОО, а оптическая ось 00 - под углому30 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 ОО излучения, выполненные на задней стороне несущей конической поверхности 5, образующей с 35 осью прибора угол о, не менее чем вдвое превышающий угол ф образуемый поверхностью 5 с осью ОС. При этомф = у) - у. Рабочая грань 6 полного внутреннего отражения призмы 4 образует оди наковый угол 3=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 отвер стием вторичного источника излучения). Светящие участки 8 разделены неизлучающими промежутками 9, сквозь которые видна темная поверхность корпуса 1. Внешняя сторона несущей поверхности 5 может быть 50 перекрыта непрозрачным (например, черным) экраном 10 с отверстиями против светящих граней 8, совокупность которых образует световое отверстие прибора.Проекции отверстий 8 по обратному хо-. 55 ду лучей 11 целиком перекрывают выходную апертуру линзы 3 (световое отверстие облучателя). Это достигается тем, что дистанция Р между смежными призмами 4 не превы шает величины ЬзЬ ср Йп ф где Ь - ширинарабочей зоны входной грани 7. Для исключения потерь света, связанных с виньетированием, выбирается Ь/а =1 -показан на фиг. 2, может быть задейство=1) когда преломленвнутри призмы 4 й грани 8 (вариант по ся лишь при выполнеДанный вариант Входная грань 7 вана полностью (Ь/а ные ею лучи иду параллельно выходн фиг. 3). Это достигае нии соотношения где и - показатель преломления материала выходного оптического элемента (например, при р= 70,ф= 6,8,у= 63,2, ф = 38,4).Вариант с плоской несущей поверхностью 5, когда конус вырождается в плоскость, показан на фиг. 4. Здесь у 60; ф =90 - у/2; ф =90 - у Несущая поверхность 5 может проходить к оси 00 под углом р90, Если при этом и уголбольше 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 3 справедлива более общая формула 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 р5 мм,Широкие возможности проектирования дают простые призмы с прямым углом между гранями 7 и 8 (ф =45 ). При этом 30у90, гр = (у + 90 )/2, ф = 90 - ср,Отношение ширины Ь рабочей зоны к полной ширине а грани 7 равно5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 В схеме по фиг, 5 угол у между осями облучателя и прибора может достичь 110" и более, если показатель преломления п=1,5 и более; при этом грани 7 и 8 призм 4 параллельны осям 00 и С 10 соответственно114 =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 00 проходит под прямым углом к оси 00 излучения прибора. Передняя сторона несущего слоя 5 содержит чередующиеся грани 7 и 8, перпендикулярные и параллельные оси С 1 С 1 со 1 ответственно; тыльная его сторона образована чередующимися гранями 6 и 9, проходящими под углом 45 и параллельно оси 00 соответственно. Грани 7 - входные1преломляющие 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 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 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 использо. вание 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 врелю 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 латериала 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 устоойств изобретение может использоваться в освети 1778433тельных 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, о т л и ч а ю щ и й с я 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 меридионального сечения облучателя под углом, не превышающим половины ее угла,образуемого несущей поверхностью с осьюприбора.5 2. Прибор поп,1, отличающийсятем, что оптический элемент и облучательимеют круглосимметричную форму, приэтом облучатель выполнен в виде кольцевойсобирающей линзы с источником света, не 10 сущая поверхность имеет коническую форму, а призмы полного внутреннегоотражения выполнены в виде катадиоптрических колец, входная и выходная граникаждого из которых размещены на противо 15 положных сторонах выходного оптическогоэлемента,3. Прибор по и. 1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что облучатель выполнен в виде коллиматора, его оптическая ось ориентирована20 под прямым углом к оси прибора, при этомнесущая поверхность имеет ступенчатыйпрофиль, входные грани призм полноговнутреннего отражения обращены в сторону облучателя, отраженные грани образуют25 с ними угол 45 О, а остальные участки несущей поверхности параллельны оси облучателя,1778433 Фиг. 7Составитель В,БалякинТехред М.Моргентал ректор З.Сал актор Заказ 4178 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раущская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. У:кгоро ул,Гага;,.;,