Предлагаемая конструкция

Достижение перечисленных свойств оптического элемента обусловлено использованием оригинальной, не имеющей аналогов, светооптической схемы фары, в которой в качестве элемента, определяющего форму и характер светораспределения, используется волоконно-оптический преобразователь изображения.

Предлагаемая для реализации в конструкции унифицированного типового ряда фар светооптическая схема, в общем виде показанная на рисунке 1.11, содержит:

· Многокристальный светодиод с повышенной светоодачей, установленный на расстоянии 1 mm от входного торца ВОП;

· Волоконно-оптический преобразователь изображения (фокон) с двумя рабочими торцами - входным, имеющим форму светодиодного кристалла, и выходным, имеющим форму, зеркально соответствующую форме, создаваемого фарой светораспределения.

· Конденсорной асферической линзы.

При этом волоконно-оптический преобразователь изображения установлен так, чтобы его выходной торец был расположен в фокальной плоскости асферической линзы (см. рисунок 1.11).

Рисунок 1.11 Предлагаемая светооптическая схема

Излучение от кристаллов светодиода через защитную линзу диода, установленного непосредственно перед входным торцом ВОП, попадает таким образом на его входной торец, имея форму, соответствующую форме выходной оптики диода, всилу его конструкции, после чего излучение проходит по волокнам волоконно-оптического преобразователя изображения и заполняет его выходной торец. В результате на выходном торце сформируется изображение высокой яркости с конфигурацией границ, зеркально соответствующих границам создаваемого фарой режима светораспределения. Затем, поскольку выходной торец волоконно-оптического преобразователя расположен в фокальной плоскости проецирующей линзы, изображение светлой зоны, сформированное волоконно-оптическим преобразователем на его выходном торце, проецируется на дорожное полотно перевернутым, формируя тем самым заданное формой выходного торца светораспределение.

Для сравнения эффективности работы предлагаемой светооптической схемы следует рассмотреть устройство и работу традиционной проекторной фары с близкими габаритными размерами. Наиболее близкой по внешнему виду и диаметру выходного отверстия линзы является проекторная фара с полиэллипсоидным отражателем фирмы C.E.V. (Италия), светооптическая схема которой с эпюрой светораспределения тела накала источника света, расположенного соосно оптической оси полиэллипсоидного отражателя показана на рисунке 1.12

Рисунок. 1.12

Такая фара содержит:

полиэллипсоидный отражатель 1 с первым единым фокусом 1.1 для всех образующих полиэллипсоидной поверхности и группой переменныхвторых фокусов от 1.2 до l.n для образующих каждой четверти полиэллипсоидной поверхности отражателя 1;

источник света 2 с телом накала 3, расположенном либо соосно оптической оси отражателя 1, либо незначительно поднятым над осью в области первого его фокуса 1.1;

экран Петцваля 4, установленный в области первой фокальной
плоскости 1.1 (в оптимальном варианте несколько смещенным к вершине отражателя) и незначительно опущенным вниз от оптической оси с конфигурацией верхней границы, зеркально совпадающей по форме с формой границы создаваемого фарой режима освещения, т.е. экран устанавливается только при реализации режимов освещения, имеющих ярко выраженную светотеневую границу (ближний свет, противотуманное освещение и т.п.);

Рисунок. 1.13 Светооптическая схема фары традиционной конструкции

корпус 5 с проецирующей конденсорной асферической линзой 6, установленной так, чтобы ее фокальная плоскость 7 совпадала с положением вершины экрана 4 или несколько смещена от него в сторону линзы.

Работает такая светооптическая схема следующим образом (см. рисунок 1.14).

Принцип работы светооптической схемы традиционной полиэллипсоидной фары в режиме "ближний свет"; а- светооптическая схема в аксонометрии; б- ход лучей в конструкции фары ближнего света фирмы C.E.V. - сечение вертикально проецирующей плоскостью; в- ход лучей в конструкции фары ближнего света фирмы C.E.V. - сечение

Рисунок 1.14 Принцип действия традиционной полиэлипсоедной фары

Излучение от тела накала 3 источника света 2 падает на полиэллипсоидный отражатель 1, от которого отражается в направлении группы вторых фокусов от 1.2 до 1.п, формируя изображение тела накала 3 в соответствующих для каждого из аксиальных сечений полиэллипсоидного отражателя 1 фокальных плоскостях от F1.2 до Fl.n, после чего изображение светлой зоны, сформированное отражателем 1 над экраном 4, проецируется линзой 6. При этом, поскольку положение экрана 4 совпадает с фокальной плоскостью линзы 6 и имеет зеркальную форму границ создаваемого режима освещения, его изображение будет весьма контрастным, а форма границ - соответствующей реализуемому светораспределению.

Сравнительный анализ двух вариантов конструкции при использовании источников света одинаковой мощности, например, лампы категории Н8 мощностью 35W, показывает возможность достижения более высоких значений светотехнических параметров у предлагаемого варианта конструкции, что обеспечивается:

во-первых, более полным использованием энергии излучения источника света за счет большего угла охвата (угол ф) отражателя;

во-вторых, отсутствием экрана, формирующим темную зону светораспределения режимов ближнего и противотуманного света, на котором в конструкции традиционной проекторной полиэллипсоидной фары экранируется часть световой энергии, концентрируемой отражателем (см. рисунок 1.15). Любые попытки максимально использовать световой поток источника света приводят к существенному увеличению габаритов фары.

Рисунок. 1.15 Светооптическая схема и конструкция современных традиционных фар с полиэллипсоидным отражателем (PES) фирмы "Bosch": а - PES; b - PES PLUS; с - PES PLUS с кольцевым дополнительным отражателем; 1 - отражатель; 2 - экран; 3 - линза; 4 - корпус; 5 - рассеиватель.  

В-третьих, работа конструкции полиэллипсоидного отражателя предполагает распределение максимальной концентрации отраженного излучения между группой его вторых фокальных точек от 1.2 до l.n, и в области, прилегающей к фокальной плоскости линзы, проходящей через фокальную точку 1.2, оказывается сконцентрированным излучение от незначительной поверхности отражателя, при этом остальные вторые фокальные точки отражателя, в которых практически концентрируется вся световая энергия источника света, будут расфокусированы по отношению к линзе, что в результате препятствует достижению предельных светотехнических характеристик режимов ближнего света и противотуманного освещения и практически исключает достижение качественного (конкурентоспособного), по сравнению с традиционной прожекторной конструкцией, режима дальний свет без увеличения мощности источника света и диаметра линзы. Это утверждение достаточно ярко иллюстрируется характером использования проекторных фар с полиэллипсоидным отражателем на современных автомобилях, где в подавляющем большинстве случаев используется смешанный вариант компоновки блок-фары, включающей проекторные оптические элементы ближнего и противотуманного света, и вопреки стилистике и конструктивно-технологической унификации, прожекторной - дальнего.

Рисунок 1.16 Работа традиционной полиэллипсоидной фары конструкции фирмы C.E.V. в режиме «дальний свет»

При реализации режима «дальний свет» в такой конструкции не спасает уменьшение эксцентриситета полиэллипсоида (см. рисунок 1.16), поскольку это приводит к вырождению полиэллипсоидной поверхности в сторону осесимметричного полиэллипсоида, и, как следствие, увеличению углов падения отраженного излучения часть которого в этом случае просто не попадает на поверхность линзы разумно ограниченного диаметра

В предлагаемой конструкции этих проблем не возникает, поскольку все излучение от источника света концентрируется, попадая на входной торец волоконно-оптического преобразователя изображения, передается через его соответствующие волокна на выходной торец с минимальными потерями, формируя на последнем зону максимальной освещенности, которая полностью находится в фокальной плоскости линзы и после ее проекции, по существу, является зоной максимальной освещенности в светораспределении фары.

В-четвертых, так как формирование изображения тела накала отражателем во второй его фокальной плоскости сопровождается увеличением его реального размера, определяющего в конечном итоге степень концентрации излучения отражателем и в результате значение максимальной освещенности, создаваемого фарой, то очевидно, что уменьшение этого изображения за счет выполнения волоконно-оптического преобразователя изображения с отношением площадей его входного торца (S_BX) к выходному (S_BЫХ) меньшим единицы, позволяет получить уменьшенное изображение зоны максимальной освещенности на выходном торце, а, следовательно, еще больше увеличить значения максимальной освещенности в соответствующей зоне светораспределения фары. Добиться подобного эффекта в традиционной конструкции невозможно по определению.

В-пятых, поскольку в предлагаемой конструкции фар создаваемое светораспределение определяется формой и размерами выходного торца волоконно-оптического преобразователя изображения, ограниченного со всех сторон, оно имеет расчетные оптимальные с позиций реализации того или иного режима размеры, т.е. вся световая энергия источника света сконцентрирована в пределах границ, необходимых для обеспечения безопасности дорожного движения и комфортной работы водителя в темное время суток, оговоренных Правилами ЕЭК ООН плюс некоторый запас для соответствующего светораспределения (режима освещения), в то время как в фаре традиционной конструкции характер рассеяния светового пучка неоптимален и часть световой энергии расходуется на освещение лишних -неработающих участков высвечиваемых площадей, что также приводит к нерациональным ее потерям.

Таким образом, совокупность перечисленных особенностей предлагаемой конструкции позволяет настолько эффективно использовать световой поток источника света, что обеспечивает возможность реализации практически любого режима освещения при меньших значениях мощности используемого источника света, в нашем случае предлагается использовать светодиод мощностью 35 Ват и светоодачей 64 Люмен на Ват, в то время как для реализации режима «дальний свет» с относительно невысокими значениями нормируемых параметров в традиционной конструкции проекторной фары фирме C.E.V. (Италия) пришлось использовать лампу категории НВЗ мощностью 60W и световым потоком 1800 лм. Аналогично для ближнего света

Вывод

Из приведенного анализа следует как минимум три вывода:

· для достижения приемлемого результата в фарах предлагаемой конструкции можно использовать, если это позволяет нормативная документация, источник света меньшей мощности

· удовлетворительный результат с позиций конкурентоспособности может быть достигнут при использовании в конструкции линз меньшего диаметра - 60 мм и 50 мм

· удовлетворительный результат может быть получен при
использовании линзы Френеля, но в этом случае, так как при ее использовании потери могут составлять до 25...35%, мощность источника света должна быть номинальной

Дата добавления: 2015-08-13