CZ2017514A3

CZ2017514A3 - Světelné zařízení motorového vozidla

Info

Publication number: CZ2017514A3
Application number: CZ2017-514A
Authority: CZ
Inventors: Jan Truhlář
Original assignee: Ĺ KODA AUTO a.s.
Priority date: 2017-09-05
Filing date: 2017-09-05
Publication date: 2019-03-13
Also published as: CZ308748B6

Abstract

Světelné zařízení, zejména pro motorová vozidla, zahrnuje těleso světelného zařízení a krycí sklo světelného zařízení, ve kterém je umístěn odrazný blok (8) nebo řada odrazných bloků (8) z transparentního materiálu, jež zahrnuje podélnou stranu zahrnující vstupní plochu (6), odraznou plochu parabolického tvaru (14) a výstupní plochu (13), a zdroj světla (1). Podélná strana odrazného bloku (8) má tvar schodu, přičemž horní plochu tvoří vstupní plocha (6), a mezi horní a spodní plochou (20) je svislá část (21). Na vstupní ploše (6) je kulové vybrání (2) se středem v ohnisku parabolické odrazné plochy (14), přičemž zdroj světla (1) je umístěn v ohnisku parabolické odrazné plochy (14). Ke svislé části (21) přiléhá krytka (7).

Description

Oblast techniky

Vynález se týká světelného zařízení, zejména pro motorová vozidla, jehož součástí je odrazný blok z transparentního materiálu využívající fyzikálního efektu totálního odrazu ke zlepšení homogenity jasu výstupního světla.

Dosavadní stav techniky

V systémech osvětlení automobilů nacházejí odrazné bloky tvaru v podstatě čtyřbokého hranolu s využitím totálního odrazu velké využití díky svým unikátním vlastnostem. K těm patří především vysoká účinnost a odpadnutí nutnosti pokovovat odrazné plochy reflektorů a s tím spojené technologické kroky.

Takovýmto blokem může být realizována jedna ze signálních funkcí u automobilu, například denní svícení, směrová světla pření a zadní, brzdová světla, koncová světla, ovšem nelze jím realizovat potkávací nebo dálkový světlomet. Tyto jednotlivé funkce jsou integrovány v praxi do jednoho komponentu, kterým je zadní skupinová svítilna nebo přední světlomet. Teoreticky mohou být i samostatné, což je často případ předního mlhového světlometu. Blok sám o sobě není zdrojem světla nýbrž v podstatě reflektorem. Je to zejména v podstatě zařízení, které modifikuje světlo ze zdroje, kterým je především LED - světlo- emitující diody, aby se plnily funkční, ale i estetické požadavky na danou světlenou funkci.

Bloky využívají fyzikálního efektu zvaného totální odraz, který nastává při dopadu světla na rozhraní dvou prostředí s různým indexem lomu za podmínky, že světlo se nachází v prostředí s vyšším indexem lomu, než je prostředí za rozhraním.

V takovém případě jsou všechny paprsky dopadající na rozhraní pod úhlem větším než je tzv. úhel totálního odrazu (měřeno od normály k ploše v místě dopadu) odraženy zpět do prostředí, ve kterém se nacházejí.

Podmínka totálního odrazu pro blok na vzduchu:

sina_T = — n

Kde: ατ je úhel totálního odrazu n je index lomu materiálu

Systémy s bloky na bázi totálního odrazu dělíme na přímé a nepřímé. Při přímém uspořádání je osa světelného zdroje totožná s optickou osou odrazného bloku a směrem vyzařování, tento stav techniky je znázorněn na obr. 1. Při nepřímém uspořádání je osa zdroje kolmá na optickou osu odrazného bloku a směr vyzařování, tento stav techniky je znázorněn na obr. 2.

Pro realizaci jednotlivých světelných funkcí automobilu se takovéto jednotlivé bloky spojují do řad a umožňují vytvářet světelné funkce s liniovým uspořádáním. Příklad takového uspořádání je na obrázku 3. Velice důležitou podmínkou při realizaci takovýchto funkcí je vedle plnění fotometrických parametrů, definovaných příslušnými předpisy, také homogenní vzhled výstupní plochy těchto funkcí.

- 1 CZ 2017 - 514 A3

Při nepřímém uspořádání odrazného bloku vstupuje světlo do čirého materiálu rovinnou plochou kolmo na směr vyzařování světla. Na této rovinné ploše dochází ke koncentraci svazku světla v důsledku lomu světla. Tento efekt vede k tomu, že je nasvícena pouze malá část odrazné plochy parabolické odrazné plochy.

Na nasvícené ploše reflektoru musí být dále splněna podmínka totálního odrazu k tomu, aby světlo bylo zcela odraženo směrem k výstupní ploše bloku. Těmito dvěma jevy je tedy značně omezena možnost dosáhnout homogenního jasu v dostatečně velké oblasti výstupní plochy bloku. Pro realizaci dlouhých pásů je tedy nutné umístit vedle sebe velké množství takovýchto bloků a tedy i zdrojů světla, kde kritickou podmínkou pro jejich minimální možný počet není světelný výkon systému, ale právě jeho homogenní vzhled. To vede k prodražení systému.

Nutnost splnit podmínku totálního odrazu vede dále k tomu, že se používají reflektory - bloky s krátkými ohniskovými vzdálenostmi, což zvyšuje citlivost systému na nedodržení tolerancí a omezuje prakticky použitelnou výšku výstupní plochy ve vertikálním směru a v důsledku tedy maximální možnou výšku liniové funkce realizované takovým systémem.

Podstata vynálezu

Výše popsané nevýhody odstraňuje řešení podle předloženého vynálezu. Blok je tvořen tělesem, který má tvar v podstatě čtyřbokého hranolu. Toto řešení spočívá v tom, že na vstupní ploše blokuje vytvořena kulová plocha se středem v ohnisku parabolické plochy bloku. V ohnisku je také umístěn zdroj světla, typicky světlo- emitující dioda - LED. Paprsek světla vycházející z ohniska se při průchodu kulovou vstupní plochou neláme, protože dopadá kolmo na rozhraní a nedochází tedy k zúžení světleného svazku vlivem lomu světla. Je tak nasvícena výrazně větší část parabolické odrazné plochy bloku, než v případě kdy je vstupní plocha bloku rovinná. Srovnání jasu výstupní plochy odrazného bloku dle stavu techniky na obr. 4 a s řešením dle předloženého vynálezu znázorněným na obr. 6 názorně ukazuje výhody návrhu, tedy že dochází k homogenitě a většímu rozprostření jasu a tím větší kvalitě světla vycházejícího ze světelného zařízení motorového vozidla.

Na parabolické odrazné ploše bloku musí být samozřejmě splněna podmínka totálního odrazu k tomu, aby bylo světlo zcela odraženo směrem k výstupní ploše reflektoru. V důsledku kulového vybrání a neplnění podmínky totálního odrazu pro část paprsků dochází k tomu, že horní část odrazné plochy bloku neodráží světlo směrem k výstupní ploše dostatečně intenzivně. K tomu, aby tato část nepůsobila rušivě, je součástí řešení tohoto vynálezu i odstínění této plochy vhodným způsobem - zde stínítkem tak, jak je to znázorněno na obr. 7. Podmínka pro minimální výšku odstíněné plochy h je znázorněna na obr. 8. Díky tomuto odstínění je možné využít horní část reflektoru k připojení upevňovacího systému celého systému, aniž by to ovlivnilo homogenitu světla na výstupní ploše bloku.

Toto nové řešení umožní použití menšího počtu LED k dostatečně homogennímu nasvícení dané výstupní plochy a dále umožní zvětšit výšku takové výstupní plochy.

Objasnění výkresů

Vynález bude blíže objasněn pomocí obrázků, které zobrazují:

Obr. 1 - schematické znázornění odrazného bloku dle stavu techniky s přímým uspořádáním, kdy je osa světelného zdroje totožná s optickou osou odrazného bloku a směrem vyzařování,

Obr. 2 - schematické znázornění odrazného bloku dle stavu techniky s nepřímým uspořádáním, kdy je osa světelného zdroje kolmá na optickou osu odrazného bloku a směrem vyzařování,

-2CZ 2017 - 514 A3

Obr. 3 - schematické znázornění uspořádání spojení více odrazných bloků do řady v tělese světelného zařízení,

Obr. 4 - znázornění jasu výstupní plochy dle stavu techniky,

Obr. 5 - schematické znázornění odrazného bloku dle stavu techniky,

Obr. 6 - znázornění jasu výstupní plochy dle předloženého vynálezu,

Obr. 7 - schematické znázornění odrazného bloku dle předloženého vynálezu,

Obr. 8 - detailní pohled na část odrazného bloku dle předloženého vynálezu,

Obr. 9 - schematické znázornění upevnění odrazného bloku k tělesu světelného zařízení dle předloženého vynálezu.

Příklady uskutečnění vynálezu

Světelné systémy s odraznými bloky na bázi totálního odrazu dle stavu techniky dělíme na přímé a nepřímé.

Na obr. 1 je znázorněn systém odrazného bloku přímý dle stavu techniky. Osa 30 zdroje světla 1 je totožná s optickou osou 31 odrazného bloku a směrem vyzařování 12.

Na obr. 2 je znázorněn systém odrazného bloku nepřímý dle stavu techniky. Při nepřímém uspořádání je osa 30 zdroje světla 1 kolmá na optickou osu 31 odrazného bloku 31 a směr vyzařování 12.

Pro realizaci jednotlivých světelných funkcí automobilu se takovéto jednotlivé bloky spojují do řad 18 a umožňují vytvářet světelné funkce s liniovým uspořádáním. Příklad takového uspořádání je na obr. 3.

Na ob. 5 je znázorněn systém odrazného bloku 4 na bázi totálního odrazu s nepřímým uspořádáním dle stavu techniky.

Odrazný blok 4 je tvořen transparentním materiálem s indexem lomu n. Tímto transparentním materiálem je například PMMA (polymethylmetakrylát), PC (polykarbonát) nebo sklo. 1. Není to kompletní výčet materiálů, teoreticky přichází v úvahu jakýkoliv transparentní materiál.

Jeho hlavní části jsou rovinná vstupní plocha 5, odrazná plocha 3, parabolického tvaru a výstupní plocha světla 11. Zdroj světla 1 je umístěn v ohnisku odrazné parabolické plochy 3. Paprsky světla ii, iii, iiii vyzařované zdrojem vstupují rovinnou vstupní plochou 5 bloku 4 do materiálu a na tomto rozhraní se lámou dle Snellova zákona. Tím se svazek světla ii, iii, iiii značně zkoncentruje a po dopadu na odraznou plochu 3 se paprsky ii, iii, iiii splňující podmínku totálního odrazu zcela odrazí směrem k výstupní ploše 11.

Paprsky i, které při dopadu na odraznou parabolickou plochu 3 nesplní podmínku totálního odrazu, se odrazí pouze částečně a již při malé úhlové odchylce od podmínky výrazná část světla projde parabolickou odraznou plochou 3 mimo blok 4 a nepodílí se na osvětlení výstupní plochy 11. Efekt koncentrace paprsků je znázorněn na obr. 4, který zachycuje pohled P na výstupní plochu 11 bloku 4,

-3 CZ 2017 - 514 A3

Stupně šedi obrázku odpovídají jasu pozorovaného světla - rámeček kolem je celková výstupní plocha 11 bloku 4.

Na obr. 7 je znázorněn odrazný blok 8_dle předloženého vynálezu.

Takovýmto blokem 8 může být realizována jedna ze signálních funkcí u automobilu, například denní svícení, směrová světla pření a zadní, brzdová světla, přední a zadní obrysová svítilna, ovšem nelze jím realizovat potkávací nebo dálkový světlomet. Tyto jednotlivé funkce jsou v praxi často integrovány do jednoho komponentu, kterým je zadní skupinová svítilna nebo přední světlomet. Blok 8 sám o sobě není zdrojem světla nýbrž v podstatě reflektorem. Je to zejména v podstatě zařízení, které modifikuje světlo ze zdroje 1, kterým je především LED - světlo-emitující diody, aby se plnily funkční, ale i estetické požadavky na danou světlenou funkci.

Odrazný blok 8 z transparentního materiálu s indexem lomu n má na vstupní ploše 6 kulové vybrání 2 se středem v ohnisku parabolické odrazné plochy 14. Vstupní plocha 6 tvoři jen část podélné strany odrazného bloku 8. Podélná strana odrazného bloku 8 není na rozdíl od odrazného bloku 4 dle stavu techniky rovinatá, ale má tvar schodu, kdy horní plochu tvoří vstupní plocha 6. Mezi horní a spodní plochou 20 je potom svislá část 21, ke které přiléhá krytka 7, Krytka 7 z má tvar destičky a je z opticky nepropustného materiálu. Odrazný blok 8 dle předloženého vynálezu dále zahrnuje parabolickou odraznou plochu 14 a výstupní část 13. Odrazný blok 8 je umístěn v tělese světelného zařízení, které tvoří v podstatě schránku světelného zařízení, s krycím sklem. Odrazný blok 8 je s výhodou uspořádán do řady obsahující dva a více odrazné bloky 8_v tělese světelného zařízení.

Zdroj světla 1 je umístěn v ohnisku parabolické odrazné plochy 14. Paprsky světla ii, iii, iiii vycházející z ohniska a procházející plochou kulového vybrání 2 se na tomto rozhraní nelámou a pokračují v původním směru k parabolické odrazné ploše bloku 14. Nedochází zde tedy k zúžení svazku světla ii, iii, iiii vstupujícího do bloku. Paprsky iř, iii, iiii splňující podmínku totálního odrazu se dále zcela odrazí na parabolické odrazné ploše 14 směrem k výstupní ploše 13 odrazného bloku 8.

Na obr. 6 je pohled P na výstupní plochu 13 vylepšeného bloku 8, kde ve srovnání s obr. 4 je evidentní rozdíl v rozsahu a homogenitě nasvícené výstupní plochy. Stupně šedé na tomto obrázku opět odpovídají jasu na výstupní ploše 13 odrazného bloku 8.

Paprsky i, které při dopadu na odraznou plochu 14, nesplní podmínku totálního odrazu, se odrazí pouze částečně a již při malé úhlové odchylce od podmínky výrazná část světla i projde parabolickou plochou 14 mimo odrazný blok 8. Ty paprsky, které se i přesto odrazí do odrazného bloku 8 a projdou znovu kulovým vybráním 2, by způsobily značnou nehomogenitu světla, a jsou tedy v navrhovaném řešení odstíněny krytkou 7,

Stanovení minimální výšky zakrytí h je znázorněno na obr. 8, který zobrazuje detail části odrazného bloku 8, kde je znázorněn paprsek iiii právě splňující podmínku totálního odrazu při dopadu na odraznou plochu 14, to znamená, že úhel mezi dopadajícím a odraženým paprskem je roven 2a_t.

Zakrytí horní části odrazné plochy 14 odrazného bloku 8 lze s výhodou využít také k realizaci upevňovacího systému celého systému k tělesu světelného zařízení 16, který je nutný pro jeho praktickou použitelnost. Schematicky je příklad takového uspořádání znázorněn na obr. 9, kde krytka 7 zakrývá také nálitek 9 pro upevnění dílu, jehož součástí je otvor pro šroub 15, pomocí něhož je spojena deska plošných spojů 10 obsahující zdroj světla 1 a odrazný blok 8 s tělesem světelného zařízení 16.

Claims

1. Světelné zařízení, zejména pro motorová vozidla, zahrnující těleso světelného zařízení a krycí sklo světelného zařízení, ve kterém je umístěn odrazný blok (8) z transparentního materiálu, jež zahrnuje podélnou stranu zahrnující vstupní plochu (6), odraznou plochu parabolického tvaru (14) a výstupní plochu (13), a zdroj světla (1), vyznačující se tím, že podélná strana odrazného bloku (8) má tvar schodu s horní plochou a spodní plochou (20), přičemž horní plochu tvoří vstupní plocha (6), a mezi horní a spodní plochou (20) je svislá část (21).

2. Světelné zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že na vstupní ploše (6) je kulové vybrání (2) se středem v ohnisku parabolické odrazné plochy (14), přičemž v ohnisku parabolické odrazné plochy (14) je umístěn zdroj světla (1).

3. Světelné zařízení podle předchozích nároků, vyznačující se tím, že ke svislé části (21) je uspořádána krytka (7) z nepropustného materiálu.

4. Světelné zařízení podle předchozích nároků, vyznačující se tím, že odrazný blok (8) je uspořádán do řady obsahující dva a více odrazné bloky (8) v tělese světelného zařízení (16).

5. Světelné zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že transparentní materiál odrazného bloku (8) je tvořen z polymethylmetakrylátu a/nebo z polykarbonátu a/nebo skla.