ЛИНЗА ДЛЯ СВЕТОДИОДНОЙ ФАРЫ
LENS FOR LED HEADLIGHT

Изобретение относится к осветительному устройству, в частности, к линзам для светодиодной фары транспортного средства.
С развитием технологий освещения основное внимание также фокусируется на разработке осветительных приборов, используемых на транспортных средствах. На современном уровне развития науки и техники, благодаря появлению светоизлучающих диодов, светодиодные фары стали получать преимущества, которые заключаются в повышенной яркости, низком энергопотреблении и стабильном световом излучении. Поэтому лампы накаливания, используемые в качестве источника света в фарах транспортных средств, стали заменяться светодиодными лампами. Однако использование светодиодных ламп в фарах транспортных средств для улучшения характеристик освещения может влиять на профиль распределения света и интенсивность освещения, обеспечиваемого такими лампами. Следовательно, нахождение способа улучшения характеристик освещения с одновременным соблюдением требований безопасности является задачей, которую вынужден решать каждый производитель.
Известна фара для транспортного средства, работающего по проекционному принципу (US2002001198, опубл.: 2002-01-03), которая содержит источник света, отражатель, отражающий свет, излучаемый источником света в виде светового пучка, экранирующее устройство, расположенное на пути лучей светового пучка, отраженных отражателем и создающих яркий/темный предел света, выходящего из фары в видимой области длин волн, линзу, расположенную после направления экранирования в направлении выхода света таким образом, чтобы свет, отраженный отражателем, проходил через линзу. Экранирующее устройство по меньшей мере локально является по меньшей мере частично проницаемым для света в инфракрасной области длин волн, и свет, проходящий через экранирующее устройство в инфракрасной области длин волн, имеет больший диапазон, чем свет, проходящий через экранирующее устройство в видимой области длин волн.
На основе данного принципа на сегодня создано множество типов светодиодных фар и светодиодных линз под фары.
Так, известен патент RU2694190, опубликовано: 10.07.2019, в котором описана фара транспортного средства в сборе, содержащая: проекционную линзу; матричный модуль источника света, задающий вместе с проекционной линзой проходящую между ними оптическую ось; и переключающее устройство, расположенное между проекционной линзой и матричным модулем источника света, причем переключающее устройство содержит:
- светозащитный экран;
- светоэкранирующий элемент, шарнирно соединенный со светозащитным экраном и выполненный с возможностью поворота в первое положение или во второе положение, причем светозащитный экран выполнен с возможностью задания профиля дальнего света, когда светоэкранирующий элемент находится в первом положении, причем светоэкранирующий элемент во втором положении выполнен с возможностью задания профиля ближнего света; при этом фокальная точка проекционной линзы находится в месте пересечения оптической оси со светоэкранирующим элементом, когда этот светоэкранирующий элемент переведен во второе положение; и
- светоотражающий элемент, соединенный со светоэкранирующим элементом и расположенный между проекционной линзой и светоэкранирующим элементом.
Оптическая схема данной фары неэффективная, свечение идет непосредственно в шторку, огромные светопотери, для эффективного свечения такой фары нужно задействовать порядка 60 ватт на такую линзу, чтобы она нормально освещала дорогу.
В этой связи теряется сам смысл замены ламп накаливания на светодиодные, поскольку затраты энергии на обеспечение той же светимости не меняются.
Наиболее близким аналогом является светодиодная линза в фару AOZOOM A3+ [https://www.drive2.ru/l/560754504652295057/ , опубл.: 24.05.2020.].
Этот модуль содержит закрепленные в общем корпусе линзу, матричный модуль с радиатором, которые устанавливаются внутрь дефлектора фары автомобиля.
Светодиодная линза содержит проекционную линзу, помещенную в рамку и установленную на теплоотводящем основании, внутри которого установлен матричный модуль источника света, а снаружи теплопроводящего основания закреплен вентилятор охлаждения. У теплопроводящего основания выполнена крепежная рамка, которая неподвижна относительно данного основания и имеет отверстия для закрепления крепежной рамки к рефлектору фары автомобиля.
На сегодняшний момент конструктивно данный модуль наиболее близок заявленному изобретению. Эти модули устанавливаются вместо штатных ксеноновых или галогенных линз через переходные рамки. В фары без линз устанавливаются через шпильки.
Прототип имеет модернизированный новейший электрический чип, по сравнению с другими моделями его свет излучается мягче, вследствие чего дорога освещается лучше, фара имеет оптимизированную схему защиты от помех, и адаптирована к большему количеству моделей автомобилей.
В фаре используются встроенные микросхемы, что позволяет ей работать в условиях экстремально холодной погоды с температурой, опускающейся до минус 50 градусов, что на 10 градусов ничем чем у предшествующей модели.
В светоотражающей чаше используется технология нанопокрытия. В этой фаре потери света снижены с 15% до 8% за 2 года эксплуатации.
Но у данного модуля и у всех иных известных решений имеется техническая проблема, выраженная в том, что разные фары имеют разные посадочные площадки от задней части фары до переднего стекла. Во всех известных конструкциях менять позицию линзы нельзя относительно места ее фиксации к посадочным гнездам фары автомобиля, что не позволяет адаптировать линзу под фары разных марок автомобилей и их сложно устанавливать. Поэтому, адаптируя линзу под все модели автомобилей, стремятся линзу делать как можно более компактной, уменьшая размеры линзы по длине. Но в этом случае и зеркало, которое светит в линзу по площади будет меньше, что ведёт к ухудшению качества излучаемого светового потока.
Задача изобретения состоит в устранении указанных технических проблем и обеспечить возможность установки большего по площади поверхности зеркала, так и получить совместимость с всеми автомобильными фарами.
Техническим результатом изобретения является:
- возможность устанавливать увеличенную по размерам линзу при тех же объемах корпуса, что и в прототипе, что позволяет повысить интенсивность отражения через нее света на дефлектор фары, а это повышает интенсивность свечения при той же мощности светодиодов,
- возможность смещения линзы относительно корпуса, что решает проблему адаптации линзы под фары разных марок автомобилей (обеспечивает универсальность).
Указанные технические результаты достигаются за счет того, что заявлена линза для светодиодной фары, содержащая проекционную линзу, помещенную в рамку и установленную на теплоотводящем основании, к которому закреплена крепежная рамка, имеющая отверстия для фиксации к рефлектору либо крепёжным площадкам фары автомобиля, причем на теплоотводящем основании установлен матричный модуль источника света, отличающаяся тем, что крепежная рамка закреплена к теплоотводящему основанию с возможностью смещения относительно него в продольном направлении.
Допустимо, что крепежная рамка закреплена к теплоотводящему основанию винтами, вкрученными в отверстия, расположенные с заданным шагом продольно на корпусе теплоотводящего основания.
Допустимо, что крепежная рамка закреплена к теплоотводящему основанию таким образом, что их смещение относительно друг друга выполнено посредством зубчатой рейки и шестерни, причем шестерня установлена на оси и расположена в углублении в крепежной рамке, а ее вращение ограничено стопорным винтом.
Допустимо, что крепежная рамка закреплена к теплоотводящему основанию таким образом, что их смещение относительно друг друга выполнено вдоль продольного углубления в форме "ласточкин хвост", выполненного на корпусе теплоотводящего основания, причем внутри данного углубления вставлен выступ крепежной рамки, выполненный в форме "ласточкин хвост" и имеющий подпружиненный стопор.
Снаружи теплопроводящего основания может быть закреплен вентилятор охлаждения.
Краткое описание чертежей
На Фиг.1 - Фиг.3 показаны виды в разных ракурсах примера выполнения устройства с двухвинтовым креплением крепежной рамки и с закрепленным снаружи теплопроводящего основания вентилятором охлаждения.
На Фиг.4 - Фиг.5 показаны виды в разных ракурсах примера выполнения устройства со смещением крепежной рамки посредством зубчатой рейки и шестерни со стопорным винтом и с закрепленным снаружи теплопроводящего основания вентилятором охлаждения.
На Фиг.6 - Фиг.8 показаны виды в разных ракурсах примера выполнения устройства со смещением выступа крепежной рамки вдоль продольного углубления "ласточкин хвост" с подпружиненным стопором и с закрепленным снаружи теплопроводящего основания вентилятором охлаждения.
На Фиг.9 показан пример сдвижения рамки объектива линзы в сравнении с известными линзами (А - обычная ксеноновая линза, Б - обычная светодиодная линза, В - линза согласно заявленного изобретения (первое положение), Г - линза согласно заявленного изобретения (смещенное положение)).
На Фиг.10 показаны примеры возможного изготовления устройства без вентилятора охлаждения (А - пример выполнения устройства с двухвинтовым креплением крепежной рамки, Б - пример выполнения устройства со смещением крепежной рамки посредством зубчатой рейки и шестерни со стопорным винтом, В - пример выполнения устройства со смещением выступа крепежной рамки вдоль продольного углубления "ласточкин хвост" с подпружиненным стопором).
На чертежах: 1 - проекционная линза, 2 - рамка объектива, 3 - крепежная рамка, 4 - теплоотводящее основание, 5 - вентилятор, 6 - отверстия для закрепления крепежной рамки со смещением положения, 7 - крепежный винт, 8 - отверстия для фиксации крепежной рамки к рефлектору фары, 9 - шестерня, 10 - углубление в крепежной рамке, 11 - зубцы, 12 - стопорный винт, 13 - ось шестерни, 14 - продольное углубление в форме "ласточкин хвост" в корпусе теплоотводящего основания, 15 - пазы для закрепления крепежной рамки со смещением положения, 16 - подпружиненный стопор, 17 - выступ в форме "ласточкин хвост" на крепежной рамке, 18 - крайняя точка линзы, 19 - линия привалочной плоскости монтажа линзы в фаре.
Осуществление изобретения
Линза для светодиодной фары содержит проекционную линзу 1 (см. Фиг.1 - Фиг.8), помещенную в рамку 2 и установленную на теплоотводящем основании 4, к которому закреплена крепежная рамка 3, имеющая отверстия 8 для фиксации к рефлектору либо крепёжным площадкам фары автомобиля (на чертежах не показан), причем на теплоотводящем основании 4 установлен матричный модуль источника света.
Новым является то, что крепежная рамка 3 закреплена к теплоотводящему основанию 4 с возможностью смещения относительно него в продольном направлении.
Это смещение крепежной рамки 3 относительно теплоотводящего основания 4 позволяет в зависимости от того, внутрь какой фары какого автомобиля ставить линзу, смещать последнюю таким образом, чтобы ее корпус не торчал назад, и добиваться смещения корпуса линзы вперед. При такой реализации конструкции устройства можно поставить на фару как бóльшее по площади поверхности зеркало рефлектора, так и получить совместимость со всеми автомобильными фарами (обеспечить универсальность).
Смещение крепежной рамки 3 относительно теплоотводящего основания 4 может быть реализовано множеством различных способов. В настоящем изобретении показано три примера вариантов реализации такого смещения, что не ограничивает выполнение конструкции с иными возможными вариантами смещения крепежной рамки 3 относительно теплоотводящего основания 4.
При необходимости, снаружи теплопроводящего основания 4 может быть закреплен вентилятор 5 охлаждения (см. Фиг.1 - Фиг.8). Его наличие не является обязательным, если для охлаждения светодиодов достаточно просто радиатора. Примеры выполнения тех же устройств без закрепления вентилятора 5 охлаждения показаны на Фиг.10.
На Фиг.1 - Фиг.3 показан пример выполнения устройства с двухвинтовым креплением крепежной рамки. Данный пример описывает, что крепежная рамка 3 закреплена к теплоотводящему основанию 4 крепежными винтами 7, вкрученными в отверстия 6, расположенные с заданным шагом продольно на корпусе теплоотводящего основания 4.
При необходимости обеспечить смещение крепежной рамки 3 относительно теплоотводящего основания 4, нужно открутить крепежные винты 7 с обеих сторон крепежной рамки 3, затем сдвинуть рамку 3 на нужный шаг и снова вкрутить крепежные винты 7, но уже в другие отверстия 6.
На Фиг.4 - Фиг.5 показан пример выполнения устройства со смещением крепежной рамки посредством зубчатой рейки и шестерни со стопорным винтом. Данный пример описывает, что крепежная рамка 3 закреплена к теплоотводящему основанию 4 таким образом, что их смещение относительно друг друга выполнено посредством зубчатой рейки и шестерни 9, причем шестерня 9 установлена на оси 13 и расположена в углублении 10 в крепежной рамке 3, а ее вращение ограничено стопорным винтом 12.
Зубчатая рейка представляет собой множество зубцов 11, расположенных на корпусе теплоотводящего основания 4.
При необходимости обеспечить смещение крепежной рамки 3 относительно теплоотводящего основания 4, нужно открутить стопорный винт 12, после чего шестерня 9 сможет свободно вращаться на оси 13 и сдвигаться по зубцам в продольном направлении. Сдвинув крепежную рамку 3 относительно теплоотводящего основания 4, нужно снова закрутить стопорный винт 12.
На Фиг.6 - Фиг.8 показаны виды в разных ракурсах примера выполнения устройства со смещением выступа крепежной рамки вдоль паза "ласточкин хвост" с подпружиненным стопором. Данный пример описывает, что крепежная рамка 3 закреплена к теплоотводящему основанию 4 таким образом, что их смещение относительно друг друга выполнено вдоль продольного углубления 14 в форме "ласточкин хвост", выполненного на корпусе теплоотводящего основания 4, причем внутри данного углубления 14 вставлен выступ 17 крепежной рамки 3, также выполненный в форме "ласточкин хвост" и имеющий подпружиненный стопор 16.
При необходимости обеспечить смещение крепежной рамки 3 относительно теплоотводящего основания 4, нужно оттянуть стопор 16 вверх, конец стопора выйдет из паза 15, в котором он изначально фиксировал крепежную рамку 3, и, сдвинув крепежную рамку 3, смещая ее выступ 17 относительно продольного углубления 14 теплоотводящего основания 4 на заданный шаг, нужно снова отпустить стопор 16, который под действием расположенной внутри него пружины (на чертежах не показана) снова опустится, но уже в другой паз 15, расположенный внутри углубления 14.
В достижении заявленного результата изобретением также можно убедиться из сравнительного анализа с конструкциями линзы известных технических решений.
Так, все ксеноновые линзы Фиг.9(А) для автомобильных фар основаны на параболическом отражателе, поскольку ксеноновая лампа светит во все стороны, что порождает за собой более длинную конструкцию всей линзы, и в том числе большее расстояние до линии 18 стекла линзы от линии 19 крепёжной привалочной плоскости (см. Фиг.9).
При этом у разных ксеноновых линз различных производителей — различный дизайн и степень кривизны отражателя, и из-за этого и разные выходные размеры самой линзы (различный вылет края линзы относительно привалочной плоскости).
Все светодиодные линзы Фиг.9(Б) основаны на светодиоде, который сразу светит в нужную сторону. Поэтому, эти линзы все оказываются более короткофокусными - край стекла линзы оказывается всегда ближе к линии 19 привалочной плоскости установки линзы в фару, относительно более длинных ксеноновых.
Сдвижная рамка 2 заявленного изобретения позволяет подвести стекло линзы в ту же позицию Фиг.9(Г), чтобы линза смогла встать вместо ксеноновой Фиг.9(А), при этом стекло линзы оказалось бы в той же точке поз.18, как и у оригинальной ксеноновой Фиг.9(А), что позволяет эффективно производить улучшение фар, модернизируя их из ксеноновых в светодиодные.
Рассмотрим это на примере разных положений линз, показанном на Фиг.9.
Из Фиг.9 чётко видно, что верхняя линза (обычная ксеноновая Фиг.9(А)) имеет крайнюю точку по линии 18 у стекла линзы. Помимо этого, ксеноновые линзы разных конструкций имеют различное положение этой крайней точки, а вовсе не одинаковое.
Вторая линза сверху (Фиг.9(Б)) — пример обычной светодиодной линзы. Видно, что она короче, чем ксеноновая линза на Фиг.9(А), поэтому она не попадает в аналогичную точку фокуса у ксеноновой линзы.
Третья и четвертая линзы - Фиг.9(В, Г), это линза согласно заявленного изобретения. Для положения на Фиг.9(В) линза имеет рамку относительно линии 19 привалочной плоскости монтажа линзы в фаре в несдвинутом положении, а для положения той же линзы на Фиг.9(Г) видно, что рамка сдвинута в то положение, где она уже попадает на линию 18 в точку фокуса как и у первой ксеноновой линзы Фиг.9(А), при этом линия 19 привалочной плоскости монтажа линзы в фаре остается без изменений.
Таким образом, поскольку за счёт сдвигаемой рамки 2 можно поставить светодиодную линзу в качестве замены вместо любой ксеноновой линзы, просто сдвинув линзу на необходимое расстояние налево, можно осуществить смещение линзы относительно корпуса, что решает проблему адаптации линзы под фары разных марок автомобилей и тем самым обеспечивается универсальность.
Также, можно устанавливать увеличенную по размерам линзу при тех же объемах корпуса, что и в прототипе, что позволяет повысить интенсивность отражения через нее света на дефлектор фары, а это повышает интенсивность свечения при той же мощности светодиодов.