CZ307953B6 - Soustava kolimátorů pro světelnou jednotku motorového vozidla - Google Patents

Abstract

Soustava kolimátorů pro světelnou jednotku motorového vozidla zahrnuje alespoň dva zdroje (6) světla a alespoň dva kolimátory, přičemž každý z alespoň dvou kolimátorů zahrnuje čočku (3), provedenou jako vypouklou plochu v blízkosti zdroje (6) světla, vnitřní lomovou plochu (4), doléhající svojí první stranou na čočku (3), vnější odrazovou plochu(2), doléhající na druhou stranu lomové plochy (4) na své jedné straně, a výstupní plochu, k níž sahá druhá strana vnější odrazové plochy (2) na své druhé straně, přičemž výstupní plocha je na opačné straně než je umístění zdroje (6) světla, přičemž kolimátory jsou umístěné tak, že jejich objemy do sebe částečně zasahují, přičemž každý z takto přesahujících objemů je odstraněn. Dále tato soustava na straně zdrojů (6) světla zahrnuje drážku (5), propojující jednotlivé čočky (3) kolimátorů, přičemž ve drážce (5) je prodloužena čočka (3) tak, že plocha dna drážky (5) plynule navazuje na čočku (3) a tvoří tak prodloužení čočky (3).

Description

Oblast techniky

Vynález se týká oblasti světelných jednotek v automobilovém průmyslu, především pak řešení kolimátorů pro více světelných zdrojů umístěných blízko sebe.

Dosavadní stav techniky

V současném stavu techniky jsou známy kolimátory, které usměrňují světelné paprsky, především ze zdrojů světla typu LED. Pro mnohé aplikace v oblasti světelných jednotek v automobilovém průmyslu je nutné pro zajištění dostatečného světelného toku umístit více světelných zdrojů LED do takové blízkosti, že dochází ke vzájemnému zasahování objemů kolimátorů do sebe. Řešení používaná v současném stavu techniky odebírají části kolimátorů, které vzájemně zasahují do prostoru ostatních kolimátorů. Takováto řešení však mají řadu nedostatků, především v tom, že paprsky, které by se odrazily od chybějící plochy zarovnaně v požadovaném směru, jsou odraženy pod jinými úhly. Takto dochází ke snížení světelného toku.

Řešení s více oříznutými kolimátory umístěnými vedle sebe je popsáno například v patentovém spise CN 105782846.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky do jisté míry odstraňuje soustava kolimátorů pro světelnou jednotku motorového vozidla, která zahrnuje alespoň dva zdroje světla a alespoň dva kolimátory, přičemž každý z alespoň dvou kolimátorů zahrnuje čočku provedenou jako vypouklou plochu v blízkosti zdroje světla, vnitřní lomovou plochu doléhající svojí první stranou na čočku, vnější odrazovou plochu doléhající na druhou stranu lomové plochy na své jedné straně a výstupní plochu kníž sahá druhá strana vnější odrazové plochy na své druhé straně, přičemž výstupní plocha je na opačné straně než je umístění zdroje světla, přičemž kolimátory jsou umístěné tak, že jejich objemy do sebe částečně zasahují, přičemž každý z takto přesahujících objemů je odstraněn, spočívající vtom, že na straně zdrojů světla dále zahrnuje drážku, propojující jednotlivé čočky kolimátorů, přičemž ve drážce je prodloužena čočka tak, že plocha dna drážky plynule navazuje na čočku a tvoří tak prodloužení čočky.

Směr vedení drážek tak koreluje se směrem paprsků světla, které by se v kolimátorů bez drážky odrážely na odstraněné plochy kolimátorů. Tím dojde ke zvýšení počtu paprsků světla odražených do požadovaného směru.

Ve výhodném provedení navazuje prodloužení čočky kolimátorů na čočku tangentně nebo křivostně.

S výhodou je jako zdroj světla proveden jako směrový zdroj světla. Ve výhodném provedení je zdroj světla proveden jako LED dioda.

Objasnění výkresů

Podstata vynálezu je dále objasněna na příkladech jeho uskutečnění, které jsou popsány s využitím připojených výkresů, kde:

Obr. 1 znázorňuje příkladné uspořádání kolimátorů užívané v současném stavu techniky.

- 1 CZ 307953 B6

Obr. 2 znázorňuje uspořádání kolimátorů dle předkládaného vynálezu.

Obr. 3 znázorňuje uspořádání kolimátorů dle předkládaného vynálezu s jinak tvarovanou drážkou.

Obr. 4a znázorňuje paprsky světla jdoucí ze zdroje světla a detail jednoho z kolimátorů dle stavu techniky.

Obr. 4b znázorňuje paprsky světla jdoucí ze zdroje světla a detail jednoho z kolimátorů s drážkou dle předkládaného řešení.

Obr. 5 znázorňuje příkladné uspořádání sedmi kolimátorů, dle předkládaného vynálezu v pohledu shora v pohledu na stranu umístění zdrojů světla.

Obr. 6 znázorňuje příkladné uspořádání sedmi kolimátorů užívané v současném stavu techniky.

Obr. 7 znázorňuje příkladné uspořádání sedmi kolimátorů dle předkládaného vynálezu.

Obr. 8 znázorňuje schematicky uspřádání se dvěma kolimátory a geometrii pro určení optimální šířky drážky.

Příklady uskutečnění vynálezu

Uvedená uskutečnění znázorňují příkladné varianty provedení vynálezu, která však nemají z hlediska rozsahu ochrany žádný omezující vliv. V příkladných provedeních je vyobrazeno řešení se třemi kolimátory, podstata vynálezu je však využitelná pro řešení s libovolným počtem kolimátorů umístěných vedle sebe. Kolimátory popsané v příkladném provedení mají tvar komolých kuželů, ve kterých je ve směru jejich osy vedena válcová díra. Alternativně mohou mít kolimátory tvar nikoliv komolého kuželu, ale například vnitřku rotačního, či eliptického paraboloidu oříznutého ve dvou místech rovinou kolmou kjeho ose. Válcová díra je vedena od menší z podstav a její konec je tvořen čočkou 3. Alternativně může mít z technologických důvodů vnitřní díra zkosené hrany, takže tvoří přibližně tvar kužele. Plášť kužele tvoří vnější odrazovou plochu 2 a plášť válcové díry tvoří vnitřní lomovou plochu 4. Zdroj 6 světla je v těchto příkladech provedení v blízkosti nebo přímo v menší z podstav komolého kuželu a střed zdroje 6 světla leží na ose komolého kuželu. V prvním příkladném provedení jsou umístěny kolimátory na příkladné desce 1, v některých provedeních mohou být kolimátory společně spojeny bez desky U Na kolimátory může navazovat další optika například další kolimátory. V tomto příkladném provedení jsou vedle sebe umístěné kolimátory v řadě, stejně jak je vyobrazeno na obrázku 1, který ilustruje stav techniky. Stavem techniky je umístění kolimátorů, kde jsou kolimátory umístěny vedle sebe a přesahy jednotlivých kolimátorů do sebe jsou odstraněny. Přesahy jednotlivých kolimátorů se rozumí množina všech bodů, které by v současné pozici sdílely alespoň dva kolimátory. Každý z kolimátorů má svou vlastní čočku 3, vnitřní lomovou plochu 4 a vnější odrazovou plochu 2. Čočka 3 je provedena jako vypouklá plocha, která má při pohledu ze směru od zdroje 6 světla kruhový tvar. Zdroje 6 světla jsou umístěny přibližně ve středu na vnějším okraji jednotlivých kolimátorů. Část paprsků 7 světla, která dopadá na čočku 3 se na rozhraní čočka 3 / vzduch láme do požadovaného směru a dále je vyvázána z čočky 3 na její výstupní ploše v přímém směru, přičemž tento směr je kolmým směrem na výstupní plochu čočky 3. V některých provedeních může být požadovaný směr odlišný od přímého směru, například může být vyžadován směr pod jistým konstantním úhlem nebo pod různými úhly například pro koncentraci paprsků do dalšího optického členu. Část paprsků 7 světla, která dopadá mimo čočku 3, dopadá na vnitřní lomovou plochu 4 kolimátorů, kde na rozhraní materiál kolimátorů / vzduch dochází k lomu paprsků 7 světla na vnější

-2CZ 307953 B6 odrazovou plochu 2 kolimátorů, kde jsou paprsky 7 světla na rozhraní materiál kolimátorů / vzduch odraženy do požadovaného směru kolmého k výstupní ploše kolimátorů a následně jsou paprsky 7 světla z výstupní plochy kolimátorů vyvázány. Z důvodu odstranění části vnějších odrazových ploch 2 kolimátorů však u paprsků 7 světla odražených ve směru odstraněných částí kolimátorů dochází k lomu a vyvázání mimo požadovaný směr.

Příkladné provedení vyobrazené na obrázku 2 má stejné uspořádání kolimátorů jako na obrázku 1 s tím rozdílem, že na straně umístění zdrojů 6 světla jsou mezi kolimátory vedeny drážky 5. Drážky 5 jsou vedeny ve směru, ve kterém dochází k největší ztrátovosti paprsků 7 světla při použití řešení známých ze stavu techniky popsaného výše. Drážky 5 jsou v tomto příkladném provedení vedeny tak, že propojují jednotlivé čočky 3 kolimátorů. Orientace drážek 5 je ve výhodném provedení ve směru maximálního počtu paprsků 7 světla, které by se bez drážky 5 lámaly na ořezanou vnější odrazovou plochu 2 kolimátorů. V drážce 5 vedené kolimátorem na straně blíže zdrojům 6 světlaje v kolimátorů provedeno prodloužení čočky 3. Část z paprsků 7 světla, která by jinak byla z kolimátorů vyvázána v místech odstraněné plochy kolimátorů do nepožadovaného směru, se láme na ploše čočky 3 v drážce 5, tím dochází k lomu části těchto paprsků 7 světla v požadovaném směru. Část z paprsků 7 světla je nadále vyvázána v jiném než požadovaném směru. Využitím prodloužení čoček 3 a drážek 5 v kolimátorech dochází ke zvýšení počtu světelných paprsků 7 vyvázaných ze soustavy kolimátorů v požadovaném směru o 1 až 20 %.

Příklad funkce drážky 5 s prodloužením čočky 3 na vybraných paprscích 7 světla, které jsou vedeny od jednoho bodu ve stejné rovině rovnoběžné s osou kolimátorů, je ilustrován na obrázcích 4a a 4b. Na obrázku 4a je ilustrován stav techniky, tedy provedení, kdy mezi kolimátory není vedena drážka 5. Paprsky 7 světla dopadající přímo na čočku 3 se lámou do požadovaného směru. Paprsky 7 světla dopadající na vnitřní lomovou plochu 4 kolimátorů se do jistého úhlu lámou na odstraněnou plochu kolimátorů a vyvázány v jiném než požadovaném směru, pouze malá část paprsků 7 světla, která s požadovaným směrem svírá velké úhly, je odražena na vnější odrazové ploše 2 kolimátorů. Na obrázku 4b jsou zobrazeny stejné vybrané svazky, díky zvětšení plochy čočky 3 dochází ke zvětšení úhlu, při kterém ještě paprsky 7 světla dopadají na čočku 3 a díky tomu se lámou do požadovaného směru. Jelikož je drážkou 5 odstraněna i část vnější odrazové plochy 2 kolimátorů, který byla funkční, jsou paprsky 7 světla vyzářené zdrojem 6 světla v úhlech větších, než svírá osa kolimátorů s hranou čočky 3 vyvázány z kolimátorů v jiném než požadovaném směru. V tomto ilustrativním provedení došlo ke zvýšení světelného toku v požadovaném směru o 10 %.

Drážky 5 v kolimátorech jsou v tomto příkladném provedení vedeny kolmo na čočku 3, úhly se však mohou lišit v závislosti na tvarech kolimátorů a typu zvoleného zdroje 6 světla. Drážky 5 mohou mít různou šířku, nejčastěji však 0,1 až 0,9 násobek průměru původní čočky 3 kolimátorů. Stěny drážek 5 mohou svírat s plochou kolmou na osu kolimátorů pravý úhel, jak je vyobrazeno na obrázcích 2, 3 a 4b. Stěny drážek 5 však mohou také svírat s plochou kolmou na osu kolimátorů jiné úhly, takže stěny drážky 5 jsou zkoseny a průřez drážky 5 je tvořen přibližně lichoběžníkem. Stěny drážek 5 mohou být také prohnuté, lomené, či zakřivené. Provedení stěn drážky 5 je závislé na použitém zdroji 6 světla a jeho konkrétních vlastnostech. Prodloužení čočky 3 kolimátorů může na původní čočku 3 kolimátorů navazovat tangentně, krivostně, nebo speciálně definovanou křivkou. Tvar drážek 5, jejich velikost a tvar navázání čoček 3 v drážkách 5 na původní čočky 3 je určeno v návaznosti na vzájemném uspořádání kolimátorů, jejich velikostech, typu materiálu kolimátorů, typu zdroje 6 světla a jeho umístění. Alternativní provedení drážky 5 ilustruje obrázek 3. Na obrázku 8 je vyobrazeno určení maximální výhodné šířky drážky 5 pro dva u sebe spojené kolimátory, pro její určení se využívá 2d pohled na soustavu kolimátorů. Při pohledu ze strany od umístění zdroje 6 světla jsou ze středu kuželosečky tvořící původní čočku 3 vedeny spojnice k místům, kde se protínají vnější kuželosečky kolimátorů. Tam, kde tyto spojnice protínají kuželosečku původní čočky 3, je vedena úsečka, jejíž délka je maximální výhodnou šířkou drážky 5.

-3 CZ 307953 B6

Dalším příkladným provedením je uspořádání kolimátorů dle obrázku 5. V tomto příkladném provedení je soustava kolimátorů tvořena sedmi kolimátory. Drážka 5 je u kolimátorů na okraji vedena mezi s nimi sousedícími okrajovými kolimátory. Drážka 5 mezi středovým kolimátorem a okrajovými kolimátory odstraňuje plochu mezi středovým a každým z okrajových kolimátorů tak, že jsou odstraněny všechny vyčnívající části kolimátorů. Drážka 5 je tedy v tomto případně mnohočetná. V uvolněném prostoru, kde byly odebrány spodní části kolimátorů, je stejně jako v předešlém příkladném provedení prodloužena čočka 3. Ilustrativně je příkladné provedení vyobrazeno na obrázcích 6 a 7, kde na obrázku 6 je vyobrazena soustava sedmi kolimátorů dle stavu techniky bez využití drážky a na obrázku 7 je vyobrazeno výhodné provedení dle předkládaného vynálezu s využitím drážek.

Kolimátory jsou vyrobeny z materiálu propustného pro světlo například ze skla, plastu (například polymethylmethakrylátu nebo polykarbonátu). Nej významnějšího zvýšení světelného toku dle předmětného vynálezu je u směrových zdrojů 6 světla, například zdrojů 6 světla LED nebo laseru. Jako zdroje 6 světla lze využít také všesměrové zdroje 6 světla, například žárovky. Umístění zdrojů 6 světlaje dle příkladného provedení na vstupní straně kolimátorů přibližně ve středu kruhu definovaného tvarem kolimátorů.

Průmyslová využitelnost

Výše popsaný vynález je možné využít především v automobilovém průmyslu v aplikacích světlometů pro denní svícení, zadních světel, brzdových světel, obrysových světel či signalizačních světel. Dále je možné využít vynález také v dalších dopravních prostředcích, motorkách, hromadných dopravních prostředcích, bicyklech a dalších.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (7)

1. Soustava kolimátorů pro světelnou jednotku motorového vozidla, která zahrnuje alespoň dva zdroje (6) světla a alespoň dva kolimátory, přičemž každý z alespoň dvou kolimátorů zahrnuje čočku (3) provedenou jako vypouklou plochu v blízkosti zdroje (6) světla, vnitřní lomovou plochu (4) doléhající svojí první stranou na čočku (3), vnější odrazovou plochu (2) doléhající na druhou stranu lomové plochy (4) na své jedné straně a výstupní plochu k níž sahá druhá strana vnější odrazové plochy (2) na své druhé straně, přičemž výstupní plocha je na opačné straně než je umístění zdroje (6) světla, přičemž kolimátory jsou umístěné tak, že jejich objemy do sebe částečně zasahují, přičemž každý z takto přesahujících objemů je odstraněn, vyznačující se tím, že na straně zdrojů (6) světla dále zahrnuje drážku (5), propojující jednotlivé čočky (3) kolimátorů, přičemž ve drážce (5) je prodloužena čočka (3) tak, že plocha dna drážky (5) plynule navazuje na čočku (3) a tvoří tak prodloužení čočky (3).

2. Soustava kolimátorů pro světelnou jednotku motorového vozidla podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že prodloužení čočky (3) kolimátorů navazuje na čočku (3) tangentně nebo křivostně.

3. Soustava kolimátorů pro světelnou jednotku motorového vozidla podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že zdroj (6) světlaje proveden jako směrový zdroj světla.

4. Soustava kolimátorů pro světelnou jednotku motorového vozidla podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že zdroj (6) světlaje proveden jako LED dioda.

7 výkresů

-4CZ 307953 B6

Seznam vztahových značek

1 - Deska

2 - Vnější odrazová plocha kolimátorů

3 - Čočka

4 - Vnitřní odrazová plocha kolimátorů

5 - Drážka

6 - Zdroj světla

7 - Paprsek světla