ФАРА ПРОТИВОТУМАННАЯ
FOG LAMP

Изобретение относится к осветительным устройствам, предназначенным для транспортных средств.
Известна противотуманная фара, содержащая корпус с внутренней полостью, светодиодный источник света, плата которого закреплена во внутренней полости корпуса перпендикулярно оптической оси фары, и оптическую систему, состоящую из двух плоско-выпуклых линз, при этом установлены линзы таким образом, что плоские поверхности линз перпендикулярны оптической оси фары, главная оптическая ось второй, расположенной дальше от источника света, линзы совпадает с оптической осью фары, а выпуклая поверхность второй линзы направлена от источника света [патент на полезную модель №202091973, КНР, МПК F21S 8/10, Dual-lens LED fog lamp / Bixin Li и др., 28.12.2011].
Недостатком известной фары является использование в качестве первой, расположенной ближе к источнику света, линзы плоско-выпуклой сферической линзы, выпуклая поверхность которой направлена от источника света. В результате такого конструктивного решения на выходе из фары получают пучок света, который на вертикальном экране, расположенном перпендикулярно оптической оси фары, образует круг с максимальной яркостью в центре круга. Такой пучок света не соответствует требованиям, предъявляемым к противотуманным фарам ГОСТ Р 41.19-99, в соответствии с которыми пучок света должен быть в виде узкой горизонтально расположенной полосы. Поэтому известная фара не может быть использована в качестве противотуманной.
Известна противотуманная фара, содержащая корпус с внутренней полостью, светодиодный источник света, плата которого закреплена во внутренней полости корпуса перпендикулярно оптической оси фары, и плоско-выпуклую линзу, плоская поверхность которой перпендикулярна оптической оси фары, при этом главная оптическая ось линзы совпадает с оптической осью фары, а выпуклая поверхность линзы направлена от источника света [патент на изобретение №202835123, КНР, МПК F21S 8/12, Fog light / Wu Huaqi и др., 27.03.2013].
В известной фаре плоско-выпуклая линза выполнена в виде поясной линзы Френеля, центральная часть которой имеет тороидальную поверхность. За счет этого на выходе из линзы получают пучок света, растянутый в горизонтальном направлении. Однако подобные линзы имеют сложную конструкцию и трудоемки в изготовлении.
Кроме того, для получения узкого в вертикальном направлении пучка света источник света в такой фаре должен быть расположен вблизи фокуса линзы. Такое положение источника света не позволяет получать пучок света необходимой ширины в горизонтальном направлении. Согласно требованиям ГОСТ Р 41.19-99 пучок света должен обеспечивать освещенность вертикального экрана, установленного на расстоянии 25 м от фары, более 0,5 1х на расстоянии до 10 м вправо и влево от вертикальной оси фары. Как видно из фиг. 7 указанного патента, известная фара обеспечивает требуемую освещенность на расстоянии не более 4 м вправо и влево от оси фары. Поэтому известная фара не может быть использована в качестве противотуманной.
Известна также противотуманная фара, содержащая корпус с внутренней полостью, светодиодный источник света, плата которого закреплена во внутренней полости корпуса перпендикулярно оптической оси фары, и оптическую систему, состоящую из двух плоско-выпуклых линз, первая из которых, расположенная ближе к источнику света - цилиндрическая, при этом радиус кривизны цилиндрической поверхности первой линзы меньше радиуса кривизны выпуклой поверхности второй линзы, и установлены линзы таким образом, что плоские поверхности линз перпендикулярны оптической оси фары, фокальная линия первой линзы пересекает оптическую ось фары под прямым углом, главная оптическая ось второй линзы совпадает с оптической осью фары, а выпуклая поверхность второй линзы направлена от источника света [патент на изобретение №204460020, КНР, МПК F21S 8/12, Double-lens LED front fog lamp / Liu Yuezi и др., 08.07.2015] - прототип.
В известной фаре первая цилиндрическая линза установлена горизонтально на значительном расстоянии от второй линзы и направлена цилиндрической поверхностью от источника света.
Благодаря такому конструктивному решению на выходе из второй плоско-выпуклой сферической линзы получают пучок света в виде узкой горизонтально расположенной полосы. Однако, как известно, максимальный уровень силы света светодиоды излучают в направлении, совпадающем с их оптической осью. В направлениях, расположенных под углом к оптической оси, световое излучение светодиодов значительно меньше. Так, например, световой поток, излучаемый светодиодом, имеющим двойной угол половинной яркости 120 град., в направлении, расположенном под углом 60 град. к оптической оси светодиода, будет иметь силу света, на 50% меньшую, чем в направлении, совпадающем с оптической осью светодиода. Поэтому выходящий из известной фары пучок света будет иметь максимальную силу света в горизонтально расположенной плоскости симметрии образуемой им полосы света. А по мере перемещения к верхней и нижней границам этой полосы яркость пучка света будет значительно (до 50%) снижаться. Вследствие этого получаемый в известной фаре пучок света не будет иметь четко выраженной верхней горизонтальной границы, как того требует ГОСТ Р 41.19-99.
Кроме того, в известной фаре для получения пучка света в виде горизонтально расположенной полосы размеры линз и расстояния между линзами и источником света подобраны таким образом, чтобы исключить возможность попадания лучей, излучаемых источником света, на вторую сферическую линзу, минуя первую цилиндрическую линзу. Вследствие этого эта фара не позволяет осветить дорогу ниже нижней границы горизонтальной полосы и вблизи транспортного средства, что снижает эксплуатационные свойства фары.
Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, - получение пучка света, имеющего горизонтально расположенную узкую полосу с четко выраженной верхней границей и обеспечивающего, кроме того, освещение дороги ниже нижней границы этой полосы и вблизи транспортного средства.
Для решения этой задачи в противотуманной фаре, содержащей корпус с внутренней полостью, светодиодный источник света, плата которого закреплена во внутренней полости корпуса перпендикулярно оптической оси фары, и оптическую систему, состоящую из двух плоско-выпуклых линз, первая из которых, расположенная ближе к источнику света, - цилиндрическая, при этом радиус кривизны цилиндрической поверхности первой линзы меньше радиуса кривизны выпуклой поверхности второй линзы, и установлены линзы таким образом, что плоские поверхности линз перпендикулярны оптической оси фары, фокальная линия первой линзы пересекает оптическую ось фары под прямым углом, главная оптическая ось второй линзы совпадает с оптической осью фары, а выпуклая поверхность второй линзы направлена от источника света, согласно изобретению светодиодный источник света содержит по меньшей мере два светодиода, закрепленных по одной горизонтально расположенной прямой линии таким образом, что их оптические оси расположены параллельно оптической оси фары и лежат в одной плоскости А, проходящей через оптическую ось фары, цилиндрическая поверхность первой линзы направлена в сторону источника света, а фокальная линия первой линзы перпендикулярна плоскости А, при этом длина первой линзы меньше наружного радиуса плоской поверхности второй линзы, и линзы своими плоскими поверхностями соединены между собой и склеены оптическим клеем так, что часть первой линзы находится выше плоскости А. Кроме того, фара снабжена тонкой пластиной со сквозным пазом, закрепленной во внутренней полости корпуса перпендикулярно оптической оси фары между источником света и первой линзой, при этом нижняя кромка сквозного паза тонкой пластины выполнена в виде прямолинейного отрезка, расположенного в плоскости А.
Для получения четко выраженной верхней границы светового пучка тонкая пластина со сквозным пазом расположена в плоскости, проходящей через фокус второй линзы.
Для повышения коэффициента полезного действия фары она снабжена светоотражающим кольцом, установленным во внутренней полости корпуса соосно с оптической осью фары между источником света и тонкой пластиной со сквозным пазом, при этом светоотражающее кольцо имеет светоотражающую внутреннюю поверхность, выполненную в виде усеченного конуса, направленного меньшим основанием к источнику света, причем основания усеченного конуса выполнены в виде овалов, большие оси которых расположены горизонтально.
Для дополнительного освещения дороги вблизи транспортного средства фара снабжена второй тонкой пластиной, вставкой и по меньшей мере одним дополнительным светодиодом. Вторая тонкая пластина закреплена во внутренней полости корпуса перпендикулярно оптической оси фары и в непосредственной близости от плоской поверхности второй линзы и выполнена в виде плоского кольца с поперечной горизонтально расположенной перегородкой, верхняя и нижняя кромки которой параллельны плоскости А. Верхняя кромка перегородки расположена ниже нижней торцовой поверхности первой линзы, а нижняя кромка перегородки образует щель со стенками корпуса. Вставка закреплена во внутренней полости корпуса в нижней его части между тонкой пластиной со сквозным пазом и второй тонкой пластиной, имеет плоскую поверхность В, расположенную под углом к плоскости А, и загнутый вниз козырек. Дополнительные светодиоды закреплены на плоской поверхности В вставки под упомянутым козырьком и выше плоскости, проходящей через фокус второй линзы и нижнюю кромку поперечной перегородки второй тонкой пластины.
При этом выпуклая поверхность второй линзы выполнена либо сферической, либо эллиптической, либо параболической.
Для того чтобы уменьшить высоту затененной области, создаваемой верхней торцовой плоскостью первой линзы, эта плоскость расположена под углом к плоскости А, при этом вершина угла направлена в сторону источника света.
Технический результат, обеспечиваемый предлагаемым изобретением, заключается в получении пучка света, создающего на вертикальном экране, расположенном на расстоянии 25 м от фары, горизонтально расположенную полосу с четко выраженной верхней границей - для освещения дороги вдаль и достаточно широкий сектор ниже этой полосы - для освещения дороги вблизи транспортного средства.
Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена предлагаемая противотуманная фара, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А по фиг. 1; на фиг. 3 - вид Б по фиг. 1 при убранных линзах; на фиг. 4 - разрез В-В по фиг. 1.
Противотуманная фара содержит корпус 1 с внутренней полостью, светодиодный источник света, плата 2 которого закреплена во внутренней полости корпуса 1 перпендикулярно оптической оси О фары, и оптическую систему.
Светодиоды 3 источника света закреплены на плате 2 по одной горизонтально расположенной прямой линии таким образом, что их оптические оси С, D, Е, G, Н расположены параллельно оптической оси О фары и лежат в одной плоскости А, проходящей через оптическую ось О фары.
1
2
3
Оптическая система состоит из двух плоско-выпуклых линз 4, 5, плоские поверхности J и K которых перпендикулярны оптической оси О фары. Первая, расположенная ближе к источнику света, линза 4 - цилиндрическая. Радиус кривизны R ее цилиндрической поверхности меньше радиуса кривизны R выпуклой поверхности второй линзы 5. Первая линза 4 расположена вертикально и развернута своей цилиндрической поверхностью в сторону источника света. Ее фокальная линия L пересекает оптическую ось О фары под прямым углом и перпендикулярна плоскости А. Длина  цилиндрической линзы меньше наружного радиуса R плоской поверхности второй линзы.
Главная оптическая ось второй линзы 5 совпадает с оптической осью О фары. Выпуклая поверхность второй линзы направлена от источника света и выполнена либо сферической, либо эллиптической, либо параболической. По сравнению со сферической, эллиптическая и параболическая формы выпуклой поверхности позволяют уменьшить наружный диаметр второй линзы и фары в целом.
Линзы 4, 5 своими плоскими поверхностями J и K соединены между собой и склеены оптическим клеем так, что часть первой линзы 4 находится выше плоскости А.
Между источником света и первой линзой 4 в корпусе закреплена тонкая пластина 6 со сквозным пазом 7. Эта пластина расположена в плоскости М, проходящей через фокус F второй линзы 5 перпендикулярно оптической оси О фары. Нижняя кромка N сквозного паза 7 тонкой пластины 6 расположена в плоскости А.
Светоотражающее кольцо 8 установлено во внутренней полости корпуса 1 соосно с оптической осью О фары между источником света и тонкой пластиной 6. Светоотражающее кольцо 8 имеет светоотражающую внутреннюю поверхность Р, выполненную в виде усеченного конуса, направленного меньшим основанием к источнику света. Основания усеченного конуса светоотражающей внутренней поверхности Р выполнены в виде овалов, большие оси которых расположены горизонтально.
В непосредственной близости от плоской поверхности K второй линзы 5 и перпендикулярно оптической оси О фары в корпусе закреплена вторая тонкая пластина 9. Эта пластина выполнена в виде плоского кольца с поперечной горизонтально расположенной перегородкой 10, верхняя Q и нижняя S кромки которой параллельны плоскости А. Верхняя кромка Q поперечной перегородки 10 расположена ниже нижней торцовой поверхности первой линзы 4, а нижняя кромка S поперечной перегородки 10 образует щель 11 со стенками корпуса 1.
Между тонкой пластиной 6 и второй тонкой пластиной 9 во внутренней полости корпуса 1 в нижней его части закреплена вставка 12, которая имеет плоскую поверхность В и загнутый вниз козырек 13. Плоская поверхность В расположена под углом к плоскости А.
Под козырьком 13 на плоской поверхности В вставки 12 закреплены дополнительные светодиоды 14. Светодиоды 14 закреплены выше плоскости Т, проходящей через фокус F второй линзы 5 и нижнюю кромку S поперечной перегородки 10 второй тонкой пластины 9. Благодаря этому лучи света 15, 16, излучаемые дополнительными светодиодами 14, пройдя через щель 11 между нижней кромкой S поперечной перегородки 10 и стенками корпуса 1 и преломившись на плоской и выпуклой поверхностях второй линзы 5, после выхода из фары идут ниже и под острым углом к горизонтальной плоскости U, проходящей через нижнюю кромку S перегородки 10.
Чтобы уменьшить высоту затененной области, создаваемой верхней торцовой плоскостью V цилиндрической линзы 4, эта плоскость V расположена под углом ϕ к плоскости А, при этом вершина угла ϕ направлена в сторону источника света, а значение угла ϕ определяется из следующего неравенства: α≤ϕ<β, где
α=arcsin(sinβ/n)
β=arctg(a/b)
где а - расстояние до плоскости А наиболее приближенной к источнику света точки линии пересечения плоскости симметрии W цилиндрической линзы 4 с ее верхней торцовой плоскостью V;
b - расстояние от источника света до линии пересечения плоскости симметрии W цилиндрической линзы 4 с ее боковой поверхностью;
n - коэффициент преломления света материала первой линзы 4.
Работает фара следующим образом.
При подаче напряжения на светодиоды 3 последние излучают свет. Тонкая пластина 6 отсекает лучи, идущие ниже плоскости А. Часть лучей, идущих выше плоскости А, попадает на первую цилиндрическую линзу 4. Преломившись на цилиндрической поверхности линзы 4, эти лучи 17…23 проходят через фокальную линию L линзы 4 и, еще раз преломившись на выпуклой поверхности второй линзы 5, выходят из фары. После выхода из фары эти лучи в горизонтальной плоскости идут под разными (от 0 до 40°) углами к оси О фары и на установленном на расстоянии 25 м от фары вертикальном экране создают узкую в вертикальном направлении и широкую в горизонтальном направлении полосу света (зоны D и Е приложения 3 ГОСТ Р 41.19-99). Часть лучей, излучаемых светодиодами 3, проходят слева (24, 25) и справа (26, 27) от цилиндрической линзы 4 и попадают сразу на вторую линзу 5 (см. фиг. 2). На выходе из фары эти лучи идут под меньшими (в горизонтальной плоскости) углами к оси фары О, чем лучи 17…23, прошедшие через цилиндрическую линзу 4, и на вертикальном экране лучи 24…27 увеличивают уровень освещенности в зоне D.
Поскольку тонкая пластина 6 расположена в плоскости М, проходящей через фокус F второй линзы 5, а нижняя кромка N сквозного паза 7 тонкой пластины 6 расположена в плоскости А, то на вертикальном экране эта нижняя кромка N сквозного паза 7 создает четко выраженную верхнюю границу узкой горизонтальной полосы света.
Часть лучей (28, 29), излучаемых светодиодами 3, проходят выше цилиндрической линзы 4 (см. фиг. 1). После выхода из фары эти лучи в вертикальной плоскости идут под отрицательными острыми углами к оптической оси О фары и обеспечивают освещенность дороги ниже нижней границы зон D и Е узкой горизонтальной полосы света. Лучи, отразившиеся от светоотражающей поверхности Р светоотражающего кольца 8, дополнительно увеличивают уровень освещенности ниже нижней границы зон D и Е.
Лучи света 15, 16, излучаемые дополнительными светодиодами 14, после выхода из фары идут под отрицательными острыми углами к горизонтальной плоскости U, проходящей через нижнюю кромку S поперечной перегородки 10 тонкой пластины 9, и освещают дорогу вблизи транспортного средства.
Козырек 13 препятствует попаданию лучей, излучаемых дополнительными светодиодами 14, на первую линзу 4.